关于水淹后电站发电机干燥处理方法的探讨

2011-06-20王迎新

电气传动自动化 2011年5期

王迎新

（兰州长城电工股份有限公司，甘肃兰州730030）

1 引言

目前，水电站的建设投资主体的不断增多，给水电站建设带来了新的热潮，但许多新电站由于设计和施工的仓促、以及运行的疏忽，造成汛期水淹厂房或者在调试时期的事故，带来严重的损失。笔者参与了几个电站水淹后机组和电气设备的抢修恢复工作，总结了一些经验。该文结合甘肃某电站发电机干燥处理的实践，对发电机进行干燥的条件和方法做一些初步的介绍，并对水淹发电机的干燥处理提出了一些新的解决思路和方案。

2 基本情况介绍

该水电站，是一座无调节径流引水式水电站，水电站设计装机容量18 MW（3×6000kW），设计多年发电量10100万kWh。

2008年8月24日，在该电站设备进行安装调试时，在1＃和2＃两台发电机组安装好，还没有安装3＃机组时，为了抢周期，便打算先使用1＃和2＃两台发电机组发电。由于对现场考虑不周的原因，通水后，水从三号坑溢出，从厂房安装间倒灌入厂房，淹没厂房达24小时之久。致使厂内的发电机组及电气设备全部水淹。该电站水淹时正值发电高峰期间，如不及时恢复生产，损失更为严重。为了减小损失，组织事故抢修队，对水淹设备进行抢修干燥处理，并在20天内解决了全部干燥问题，并成功并网发电。

此次处理过程中，难度最大、要求最高的是3台6000kW的同步发电机的定子的干燥。

3 电机干燥的条件和方法

3.1 电机需要干燥的条件

（1）新安装好的同步电机，在运转以前一般都应干燥，如能满足绝缘电阻和直流泄露电流的要求时，可以不干燥即投入运行，但在第一昼夜其负载最好不超过额定功率50%。在接近线圈运行温度时，定子线圈每相对机壳，以及一相与机壳相连，其他二项之间和转子线圈对铁心之间所测得的绝缘电阻应大于下式所求得的数值。

3000V及以上高压线圈以2500V兆欧表测量，3000V以下线圈用500V兆欧表测量。

（2）线圈重新浸漆或浸胶过的电机。

（3）大修时在安装地点，全部或局部更换线圈者如不满足此绝缘电阻之要求时，可在带负载情况下进行干燥。

（4）凡是运行中的电机停下检修，或备用的时间超过规定的限度，绝缘电阻因而不能满足上述要求时，一般都应进行干燥，如停机时间并不长，可根据停机的具体情况，如能确信系统表面受潮时，可以不干燥或用带负载干燥法干燥。

（5）因灌水或其他原因（火灾、水灾、蒸汽管或水管破裂等）而浸湿的电机，必须进行干燥。本电机就是属于这种情况。

3.2 电机的干燥方法

电机之干燥方法很多，下面介绍几种常用干燥方法，各有优缺点，在具体选择时，应该依绝缘受潮情况、电机的结构和现场条件而决定。

3.2.1 热风法

此方法应装设1台专用的鼓风机，将空气打入加热器，等空气加热至70℃-100℃时吹入电机，电机帆布罩好，留出排气孔，使空气能经过电机自由流动，通常的加热器是用电热丝或蒸汽蛇形管来加热，加热器的容量可按下式来估计：

PH为所要干燥的电机之额定功率（kW）

此法亦能与其他干燥法并用。如电机带转子一齐干燥时，在干燥过程中，为了防止转子轴在久热下变形，应该周期地把转子转动180°，为了使热风能均匀地吹到线圈的各部分，应定时地更换吹风位置，确保电机线圈表面的温度不超过85℃（温度计法测量），近进风口处不得超过90℃。

3.2.2 短路电流干燥法

让电机作为发电机三相短接后运转，在转子加入足够的励磁电流，使定子线圈里产生一定的短路电流，一般为额定电流的50%-70%。电机不一定在额定转速下运转，但转速不应随时变动，以免发热不稳定。

短路点选择，最好在定子出线处，也可包括电缆和变压器一起干燥，如短接回路内有开关，为了防止开关偶然跳闸而使电机的电压升高，应该把开关的跳闸电源短路。

干燥开始时，先保持定子电流在50%-70%额定电流下运转4-5小时，然后逐渐升高电流值，使热空气的温度达到65℃-70℃，并在整个干燥时间内保持此值。如测温元件埋置于定子槽内上下两线圈之间者，线圈的温度不应超过75℃，测温元件埋置于槽底者，不应超过65℃，用电阻法测量不超过75℃，温度之控制可以调节电流大小来实现。

此法的优点是定转子同时干燥，转动时的风量，可以帮助潮气散开，加速干燥，其缺点是要没有负载的转动，所以是不经济的，同时需要有原机动设备。

3.2.3 铁损法干燥

此方法是在定子铁芯上绕上些线圈，通入低压交流电，在定子中产生磁通，依靠其引起的铁损来加热电机。用此方法干燥时，若电机磁极间有足够的空隙，可以不抽出转子，将励磁线圈从二磁极间空间穿过。在干燥前，要先测量定子铁芯的尺寸，从而决定励磁线圈的匝数及所用导线的粗细。

（1）铁芯有效截面之计算：（符号说明如图2所示）

L为定子铁芯长度，cm；

N为定子铁芯径向痛风沟数目；

b为通风沟宽度，cm；

D1为定子齿根处之直径，cm；

D2为定子铁芯外径，cm；

S为铁心有效截面，cm2，

S＝0.46×（L-Nb）（D2-D1）。

（2）励磁线圈匝数：

式中：U为干燥时励磁线圈所用的交流电压。

一般额定电压为3-6kV者，可使用220V（或110V）。

一般额定电压为6-10kV者，可使用380V（或220V）。

（3）导线的截面可按下式确定电流选择

如无适当规格时，允许将数据根导线并联使用，但绝缘应完好。

在干燥过程中，定子线圈表面最高温度不应高于85℃，铁芯不应高于90℃。温度之调节是靠改变铁芯里磁通密度来实现的，所以励磁线圈应抽出几个分接头，以便调节温度，开始干燥时所用匝数可选择

铁损法干燥时应该特别注意下列事项：

绕在定子铁芯上的励磁线圈之绝缘应该完好无缺陷，截面不能过小，绕线位置约占定子圆周的25%，导线不应触及定子铁芯，如不抽出转子时，应在励磁线圈与定子间加垫绝缘纸。

如转子在不抽出时，应注意电机非轴伸出端的轴承座与底板的绝缘情况，以免产生轴电流损坏轴承，此时产生一圈电压，不能用手接触，在测量转子绝缘电阻时，应将二集电环用通过定子膛内的导线连接，使其短路。

电机之端部应注意保温，切勿使冷空气由下部流入，以免干燥不均匀。

3.2.4 铜损法干燥

该方法是将直流电通入定子线圈干燥或者将低压三相交流电通入定子线圈干燥，主要介绍一下直流电通入定子线圈干燥法

依靠线圈的铜损所产生热来干燥，通入定子线圈的电流约为额定电流的50%-80%，线圈的温度用埋在二个线圈间的测温元件测量或用电阻法测量，不得超过75℃，温度的调节，靠调节电流大小来实现。转子亦可通入直流电干燥，将定、转子线圈串联，但在干燥的过程中，应注意随时将转子在串联的回路中拆开（因为静止着转子发热较快，拆开时可调节温度）。通入转子的电流，不应超过转子的额定励磁电流。

用此方法干燥时，转子抽出或不抽出都可以，如不抽出，转子通直流电干燥，则干燥过程中，不可转动转子，以免定子线圈里感应出电压。为了防止轴在久热下弯曲变形，应间断的作180°盘车，盘车时必须先切断转子电流。

在测量绝缘电阻时，应将电源切断，否则影响读数。

3.2.5 带负载干燥

在干燥之前应作工频耐压试验，看是否有一定的绝缘强度，然后对定子线圈的每一相对地（其他二项接地）加上额定线电压，经30-40分钟后，切断电压，测量绝缘电阻，并用手抚摸线圈端部有无发热，如有发热现象，不允许用带负载干燥法。

干燥时将电机在50%额定负载下运行，然后逐步按50%、65%、85%、100%增额定值，每一阶段约运行24小时，在干燥过程中，应定时地停机测量线圈的绝缘电阻。

3.3 电机干燥时应注意的一般事项

（1）加热干燥应在清洁的空气中进行，干燥前已压缩空气将电机的各部分吹干净。

（2）过份潮湿的线圈，应避免用电流通入线圈中直接干燥，以免绝缘击穿，如果要用时，应先用热风法干燥，经过相当时间烘干后，才可接入电源。

（3）烘干时应多放些温度计，分部在电机的各部分，以使掌握各部分的温度，防止局部过热现象。

（4）干燥时加热应缓慢地进行，以免线圈内部的水分骤然大量蒸发，而发生破坏绝缘的作用，如干燥温度不能接近最高温度时，可在略低的温度下进行，只是时间稍长。

（5）干燥开始后，每隔30分钟至少测量一次温度和绝缘电阻，当温度稳定后，每隔1-2小时至少测量一次并做好记录。

（6）电机在干燥的初期，由于绕组的发热，水分蒸发出来，绝缘电阻下降，以后又逐渐上升，上升的速度越来越慢，最后稳定在某一数值上，在恒定温度下，绝缘电阻保持3小时以上不变时，干燥工作即可认为完毕。

（7）在干燥后，当线圈冷却到75℃时，测量定转子线圈绝缘电阻，应不低于式（1）计算所得的值。以250V兆欧表测量定子线圈层间的测温元件绝缘电阻，应不低于0.5M。

4 某电站发电机处理方法

4.1 转子干燥

使用电焊机铜损法进行干燥。处理方法是将电机转子绕组直接与电焊机连接。然后，启动电焊机，调节电焊机电流，并逐渐增大，依靠线圈的铜损所产生热干燥。约12小时后，转子绕组的绝缘电阻已达5MΩ以上。

4.2 定子干燥

该电机的定子干燥，综合了多种干燥方法。

在现场，由于受实际条件的限制，且电机在开始时无法转动，在初期进行干燥时，无法使用热风法、短路电流干燥法、将低压三相交流电通入定子线圈干燥法和带负载干燥铁损法进行干燥。根据现场实际，具体干燥步骤如下：

（1）一台电焊机铜损法进行干燥。现场有2台500A的电焊机可以使用。先使用其中的一台电焊机进行干燥处理，处理方法是将三相绕组头尾相接，与电焊机连接。然后，启动电焊机，调节电焊机电流，并逐渐增大，依靠线圈的铜损所产生热来干燥。由于该电机的定子额定电流达576 A，在将电焊机的输出调节至最大的情况下，此时，通过定子绕组的电流才达到120A，此时，加热速度较慢，干燥效果较差。

（2）两台电焊机并联铜损法进行干燥。这是全部干燥工作的精髓，也是根据现场情况对定子绕组进行干燥的最有效的办法。此时，现场有2台500A的电焊机，虽然不是同一厂家和同一型号的电焊机，但是，两台电焊机的输出电流一致，输出电压也相差不多。于是，将两台电焊机串联使用，即将一台电焊机（A电焊机）的正极与另一台电焊机（B电焊机）的负极串联相接，然后，A电焊机的负极和B电焊机的正极接到电机的绕组上。此方案得到现场指挥的认可后，启动电焊机，调节电焊机电流（可以同时调节两台电焊机的电流，也可以分别调节两台电焊机的电流），并逐渐增大，依靠线圈铜损所产生热来干燥。此时，通过定子绕组的电流达360A，干燥速度明显加快。30小时后，定子的绝缘电阻已经上升到10MΩ。

（3）由于现场只有2台电焊机，有3台电机需要进行干燥，因此，在一台电机定转子绝缘电阻达到5MΩ以后，便将其试运转，旋转以后，使用短路电流干燥法进行绕组干燥。短路选择在定子出线处。使用方法与前述方法相同。这样做的优点，是增加电焊机的使用效率，能够达到更快干燥绕组的目的。可以加快工作速度。此外，该电机的定转子绝缘等级都是F级，其最高允许的绝缘温度为155℃，因此，将定子最高温度控制在110℃（不损伤F级绝缘，加快干燥速度）。两天后，电机的定转子绝缘全部达到500MΩ以上。

（4）其他2台电机也使用此方法干燥。