水轮发电机转子温升计算及测量方法

1、水轮发电机转子温升计算及测量方法林善明（吉林松江河水力发电有限责任公司，吉林白山134500）摘要：水轮发电机转子温升的计算多沿用传统方法，对中型低速水轮发电机而言，计算值与试验值存在偏差。现分析了产生偏差笊 原因提出了减小转子温升现场试验谋差应注意的儿个问题，论述了将试验工况折算为额定工况的方法，提高了温升试验值和设计值怎 一致性。关键词:水轮发电机;转子温升;热负荷;散热系数0引言作为水轮发电机的重要指标，国家标准对转了绕组温升有 严格规定水轮电机运行时,若转子绕组温升过高,将可能造成 匝间绝缘和对地绝缘的损坏'水轮发电机转子绕组为旋转部 件，无法安装常用的温度测量元件，发电机运行

2、时也无法像定 子绕组一样实时监测其温度，只能采用电阻法测量转子绕组的 平均温升勺水轮发电机设计中，基木沿用了前苏联20世纪40 年代捉出的温升计算方法“近年来理论界捉出了采用热网络法 和有限元法il算转子温度场的方法,但原理较复杂，在工程中 应用较少。实践证明，用传统方法计算转子绕组温升是可行的， 但对容量较小的中型低速机组來说存在一定缺陷，试验值与设 计值有时相差较大。水轮发电机尺寸大、工地叠片下线的机组 多，一般无法在厂内总装。由于冷却条件和发电机实际运行时 不同，间接法温升试验局限性较大，因此水轮发电机在出厂前 无法检验温升是否合格，故转了绕组温升设计计算的准确性就 显得非常重要。水轮发

3、电机在电站进行直接负载法温升试验， 电压无功负荷很难调节到额定值，会影响转子电流和转子温 升的测量值.所以，如何将试验工况下的转子电流、温升折算至 额定工况，也是需要探讨和研究的问题。1转子绕组热负荷计算转子绕组温升是水轮发电机的重要性能指标之一，按国家 标准规定，允许温升为90k（b级绝缘）和110k（f级绝缘儿励磁电流在绕组中产牛的铜耗是转子绕组发热的根木原 因，即qfi阻,其中h为励磁电流,r为励磁绕组宜流电阻。水轮发电机一般使用裸铜线绕制的单排线圈，其极身绝 缘、上下托板均为传热性能很差的绝缘材料。转子绕组主要依 靠侧面散热，其热流强度（即单位热负荷）可由下式计算：q二 qf 二qfm

4、 s 2pwfle,afxio1式中，s为磁极线圈总侧面积4为磁极铜线的厚度；-为磁 极线圈平均匝长；wf为磁极线圈每极匝数；2p为水轮电机的 极数。对于b级绝缘的磁极线圈，其允许的最高温度为130 °c, 此时励磁绕组的直流电阻为：r二 1.46x 2pwjl& x10257af b（式中，b为磁极铜线的宽度。铜耗：qmfe46x 2驴x 仔10 257a（ b（热流强度（热负荷）：q =_£46 x 2pw丄* x lf2x102二唧m s 57 arbf 2pwfuafxlo-i 390这就是传统转子温升计算方法中，励磁损耗在磁极线圈 侧表面产生的单位热负荷计

5、算方法。其中为转子电流密的语言也得到穿前丰富。现阶段，屮小型plc编程语言主要以 梯形图语言为主，但也有更多新的编程语言逐步被开发，出现 了较为高级的plc编程语言，主要表现为basic及c语言。 以ab公司研发的plc basic模块为例，它能够运行basic 语言和c语言。因此,plc将逐步走向多样化，实现编程语言的 空前丰富。此外，为了适应不同需求，智能模块将不断丰富，同 时不同种类的模块将逐步研发面1比。智能模块是一项功能部 件，整体以微处理器为基础，并能与plc主处理器同时运行， 有利于减少对主处理器的占用时间，整体提升plc的使用，更 好地捉升扫描速度及运行效率。智能模块的发展也能

6、有效促进 plc的使用，提升其信息处理的能力，更好地发挥plc的控制 功能，整体提升plc运行效率和使用率“3结语综上所述，随着plc功能的逐步提升，其指令也进一步丰 富和完善，并月.被广泛应用丁工业口动化控制中。plc功能中 也包含内部的pid运算指令，主要用于电动机调速，在大惯性 系统控制屮也能有效发挥作用。在当今工业控制屮，plc作为 一种控制的标准设备，在工业自动化控制系统中具有重要宛 位，在机械制造行业也起着关键性作用。伴随plc功能的日闻 强大，其应用范围也将越来越广泛，在促进我国工业持续发展 方面有着重要的推动作用。参考文献1耿俊梅，吕书勇基于plc的焦化备煤控制系统的抗t扰措施

7、j机电工程技术,2007（11） 任慧，刘妍，胡高平基于plc的舞台电动吊朴综合保护系统 的研究j北京广播学院学报（自然科学版儿2005 （3）3王起论plc、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法j广西轻工业,2011收稿日期：2012-03-28作者简介：游住慧（1985）,女，山东商泽人，屯气助理工程 师，研究方向：工业自动化控制.机电信息2012年第18期总第336期452线圈表面散热系数计算水轮发电机磁极线圈在工作状态下是旋转的，主要依靠线 圈表而和气流的热交换散热，其影响因素较多，尚无由理论推 导出的可靠计算方法，在工程屮多用实验获得或采用经验系数 （曲线）表划乙水轮发电机的冷

8、却介质是空气，其物理性质稳定。电机运转 时，线圈侧表面不同区域空气流动速度不同，且难以精确计算， 一般以转子表面圆周速度为参数，通过试验获得曲线或近似公 式。前苏联电力企业根据经验在20世纪40年代提出了il算水 轮电机转子温升公式，经过长期实践检验被证明是准确的：9f= 3 （2.8坦砧21.6+姨 v 式中,vfbrwbo,表示转了的圆周速度，其中，d2为转了外径, th为电机额定转速;gl/r表示定了长度和极距的比值;匕为铜 线宽度;jf为转子屯流密度。令bf单位为mm,可得：詰麻/ 1.6+姨v390 117（2.8+）则散热系数：a 二 1-6+ 姨 / =fl +a117<2

9、.8+q 117（2.8+?0 v该系数由和§确定，山a。（静止散热系数）、a、,（旋转散热 系数）组成。当转子圆周速度较小时,a°占有较大比例；而转子圆周速 度较人时,影响较小。假设§二仁表1为转子不同圆周速度下， 静止散热系数和旋转散热系数的关系。表1不冋转速下静止散热系数和旋转散热系数的关系转子圆周速度/<m/s）静止散热系数a。旋转散热系数a3 /a.300.003 60.01130.32900.003 60.019 60.183转子绕组温升现场测试的几个问题水轮发电机转子绕组温升的现场试验方法为电阻法，即测 量负载运行下转子绕组的热态直流电阻,根据

10、直流电阻与温頂 的关系确定绕组的平均温度。铜绕组的温升a由下式确定：（235+6）+0r0or1式中，r2为热态绕组电阻（实验刚结朿时测量）；r,为电机未工 作时的绕组电阻;8为测定&时线圈的温度;为冷却状态下 介质的温度。3.1冷态电阻的测定在工程上，冷态电阻测量多采用直流压降法，转子静止时， 通过绕组的直流电流不能超过额定电流的10%。应至少在3组 不同电流情况下测量，然后平均以获取冷态电阻值。3.2转子电压和电流的测量转子电压应在滑环上测量,转子电流应在分流器的一-次接线 端上量取，分流器与亳伏表之间的连接线应尽可能短，电压表、亳 伏表必须釆用直流表计，转子电压和电流的读数应同时

11、进行。3.3转子温度的修正进行现场温升测量时，转了电流难以达到额定值，需要使 用试验取得的温升值推算出额定转子电流。当试验转子电流和额定值相差±5以内时，按电流平方率修正，即：式中,0讯为修正后的转子绕组温升；b为1 h内按相同间隔读取 转子电流值然后平均的结果;也为与h对应的转子绕组温升；h 为额定的转了电流。3.4计算实例笔者综合使用本文介绍的方法，对松江河水力发电有限责 任公司所属的几台水轮发电机设计值、电站试验值进行了比 较，数据如表2所示。表2水轮发电机设计值与电站试验值比较序号1#2秸34#容 fi/mw4.03.0102.3额定电ik/kv6.306.304.163.1

12、5额定电流/a4594011542516额定功率因数cose0.80.80.90.8额定频率/hz50506050额定转速/（r/min）125125163.6214.3转了圆周速度/（m/s>30.730.734.9832.39pu/t1.2381.2382 971.08励磁设计值/a429254422271电流实验值/a442253417286转子设计值/k70515/52温升实验值/k68.856.354.257.54结论（1）水轮发电机转子绕组温升的传统计算公式用丁-中型低 速机型时存祁较大偏弟，其主要原因是散热系数选取不够台 理，建议选用通过实验实测的散热系数.（2）对于额定励

13、磁比 流而言，其理论值和试验值的偏差一般在10%以内，为防止来 子温升过高，建议将额定励磁电流放大10%。（3）电网的电压 总是有偏差的，直接负载温升测试很难实现额定工况，可使斥 保梯电抗法进行额定工况推算，从而确定额定励磁电流和杠 应的转子温升。（4）转子绕组冷屯阻和相应温度的测定直接影 响到转子温升的测量，必须严格按标准规定测量并选用实阴 冷态电阻值。参考文献1 白延年.水轮发电机设计与计算m北京:机械工业出版社, 19902 丁舜年.大型电机的发热打冷却m北京:科学出版社,19923 e维徳曼理科伦贝格尔著.电机结构m刘彦清译北京:机 械工业山版社.19744 东方电机股份有限公司.水轮发电机现场试验报告r