大型水轮发电机电动盘车装置的原理及应用

摘 要 本文介绍了水轮发电机电动盘车装置中定子电源装置、转子电源装置的原理，阐述了电动盘车装置在现场的功能特点和工作方式，说明了电动盘车装置在发电机改造和大修后的电动盘车试验、空载试验、短路干燥试验等各项试验中得到广泛应用。

【关键词】水轮发电机 电动盘车 大修试验

1 概述

在水轮发电机的检修中，特别是在大修或扩大性大修中，往往要利用盘车来研磨推力轴承轴瓦和检查定子线圈槽楔。同时，水轮发电机转动部件缓慢地旋转，测量主轴的摆度及调整机组轴线。水轮机采用机械盘车速度慢、定位差、劳动强度大，特别是大型水轮发电机组，要使转子转动，需要很大的盘车转动力矩。而采用电力拖动法即电动盘车装置，就比机械盘车简单、省力、准确。

2 电动盘车装置配置方式

电动盘车主要设备包括发电机转子励磁电源装置部分（空载试验、短路试验、干燥用）和发电机定子电源装置部分（电动盘车）。

发电机转子励磁电源装置部分主要用作发电机空载试验、短路试验、干燥试验等。由1台隔离变压器、1面可控硅全桥整流柜、连接电缆等组成，设备一般固定布置在变压器室，其直流输出电源通过两芯电缆连接至发电机零升柜。中央控制室装设1套远方励磁调节、测量、控制装置，可实现远方监控操作。

发电机定子电源装置部分由隔离变压器、可控硅全桥整流柜（1套整流电路和测量电路、3套大电流直流开关、1套控制电路等）、连接电缆等部分组成。一般为可移动式，隔离变压器和可控硅全桥整流柜安装在1个柜子内，盘车时定子电源装置由起重机吊到某台发电机定子出线合适位置，再通过软电缆分别连接至电源和发电机定子出线。

发电机转子励磁电源装置和定子电源装置均由厂用400V供电。就近连接至动力电源盘柜内。电动盘车装置接线原理见图1。

3 技术原理

载流导体在磁场中会受到电磁力的作用。当发电机转子绕组通以恒定直流时，转子各磁极将产生恒定磁势IfW，从而在气隙间及定子铁芯上产生恒定磁通Φ。此时若定子线圈单相或多相通以直流时，定子线圈即线棒就会受到顺时针（或反时针）的磁力，根据作用力和反作用力原理，转子就会受到反时针（或顺时针）的磁力，转子也就旋转起来。

对于水轮发电机组来说，在转子线圈通以直流电流并产生N、S磁场，三相定子线圈分别依此通以恒定直流时，转子就转动起来。

3.1 定子盘车柜

盘车装置定子柜，由三相全控桥整流器和换相器组成，换相器由三个直流接触器和三个续流二极管组成，其目的是依次接通A、B、C定子线圈，并防止切断A、B、C定子线圈时所产生的过电压。三相交流电源经整流变压器ZLB，由三相全控桥整流成直流电源。装置布置合理，外部接线简单，使用操作方便。

主要组成结构如图2：总进线自动空气开关ZK；整流变压器；三相全控桥整流电路；由R1C1、R2C2、R3C3、R4C4、R5C5、R6C6组成的阻容过电压保护装置；续流二极管D0（主要作用是防止半控桥失控）；接触器JCA、 JCB、JCC（用于将电流分别输出到定子A相 B相 C相）；续流二极管（主要功能是用于消除定子绕组断流后的反电势）。

盘车装置定子电源柜电气参数计算如下：盘车装置定子部分，额定输出1500安，最大定子直流电阻0.02413Ω，换算到75℃电阻为0.02816Ω，直流功率Pd= 63.36kVA。变压器副边线电压U2=40V，考虑电缆及导线压降，变压器选定标准容量为80kVA。额定输入电压：400VAC/50Hz，定子柜输出电压：0～50V连续可调（DC），定子柜输出电流：0～1500A（DC）。可在现地（柜上）进行调节控制，可监视测量交流电源侧三相电压、电流和直流侧电压、电流等。定子电源柜的直流开关采用勒诺低压电器，其他操作器件均采用施耐德或同档次的低压电器，体积小、可靠性高，免维护。分流器规格2000A/75mV采用优质表计。

3.2 转子盘车柜

盘车装置转子柜，由三相全控桥整流器，一个直流端过压保护组成，灭磁由发电机励磁柜完成。三相交流电源经整流变压器输出，由三相全控桥整流成直流电源，外部接线简单，使用操作方便，紧急情况下可跳开发电机灭磁开关。

主要组成结构包括：总进线自动空气开关ZK；整流变压器；过压保护器；三相全控桥整流电路；由R1C1、R2C2、R3C3、R4C4、R5C5、R6C6组成的阻容过电压保护装置。

盘车装置转子柜技术参数如下：额定输入电压：400VAC/50Hz，转子柜输出电压：0～300V连续可调（DC），转子柜输出电流：0～1250A（DC）。可在现地（柜上）和远方（中央控制室）分别进行调节控制，现地可监视测量交流电源侧三相电压、电流和直流侧电压、电流等，中央控制室可监视测直流侧电压、电流等。

4 技术功能特点

发电机电动盘车装置具有通用性，可以满足多台发电机盘车需要。定子三相绕组采用一套三相全控整流电路供电，在直流侧用大电流开关进行切换的方式，转子绕组采用一套独立的三相全控整流电路供电。转子电源、定子电源采用晶闸管桥式可控电路，转子励磁电流和定子三相电流均可以分别连续调节控制，以最佳方式达到控制发电机转子快速启动、平稳转动，并且具有一定的定位精度。盘车装置在拆除数个磁极的情况下仍能进行一定范围的盘车要求。

整个装置始终工作在稳流状态下，定子柜运行方式下又可选择“连续”、“点动”两种换相方式。连续方式下由控制器自动换相，其换相间隔时间由盘车的电流变化自动确定。点动方式只需要在盘柜柜门或远方控制盒上人为控制各相间的切换。

调节器设计为静止可控硅全控桥。系统由GDE-III调节器、整流变压器、可控硅整流及出口开关、及相关设备组成。其中调节器拟使用GDE-III 调节器采用西门子S7 200 PLC+最新数字移相触发芯片TC787AP构成的触发板组成，其中PLC用于采集盘车电流反馈、移相给定控制、故障保护信号输入、故障保护信号输出，触发板用于同步电压的采集及移相脉冲输出。

盘车时转子定位准确度25mm，盘车速度0.02～0.1转/分。装置具有反馈功能，能使输出电流保持稳定。具有保护功能，输出开接点，紧急情况下可跳开发电机灭磁开关。具有短路保护、过载保护、可控硅击穿保护等功能，转子柜配置直流过压保护。具有绕组干燥功能，定、转子电源柜均能向发电机定、转子绕组供电进行干燥，供电电流可调节。

5 工作方式

水轮发电机电动盘车装置始终工作在稳流状态下，定子柜运行方式下又可选择“连续”、“点动”两种换相方式。连续方式下由控制器自动换相，其换相间隔时间由盘车的电流变化自动确定。点动方式只需要在盘柜柜门或远方控制盒上即可人为控制各相间的切换。输出电流、给定值、控制角α人机界面显示。运行状态指示，故障指示信号灯指示。在运行过程中，分别设有过流，过压保护、电流限制、直流电压输出限制、修改参数简单方便，掉电后数据自动保存。脉冲输出双层隔离及指示。换相时，控制器自动增大控制角α，以便减小输出电流，减小对系统的冲击。

6 结论

电动盘车装置由两套可控硅调节大容量直流电源设备组成，装置的电源电压较低，但电流都比较大，除可用于大型水轮发电机电动盘车试验，还可广泛用作发电机零起升压试验、空载试验、短路试验、干燥试验等，在发电机安装改造施工期间提高试验效率。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T 8564-2003水轮发电机组安装技术规范[M].北京：中国计划出版社，2003.

[2]中国电力企业联合会.GB 50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准[M].北京：中国计划出版社，2006.

作者简介

孙海龙（1975-），男，现为国网新源水电有限公司富春江水力发电厂工程师。1993年毕业于南京电力高等专科学校，从事电气一次设备安装维护试验工作，近期重点研究高电压试验技术在发供电系统中的应用。

作者单位

国网新源水电有限公司富春江水力发电厂 浙江省桐庐县 311504