390H型发电机转子退磁方法探讨

2017-04-24王忠明

综合智慧能源 2017年3期

关键词：滑环磁化线圈

王忠明

(广州珠江天然气发电有限公司，广州 511457)

390H型发电机转子退磁方法探讨

王忠明

(广州珠江天然气发电有限公司，广州 511457)

针对390H型发电机转子轴颈、滑环、风扇盘、中心环等部位被磁化问题，分析了发电机转子磁化的原因，在退磁工期短、现场交流调压器容量不足、汽轮机侧护环未拔出的条件下，综合采用直流退磁法和交流退磁法对被磁化的部件分别进行退磁处理，退磁效果良好，彻底消除了发电机轴瓦烧损、轴颈电灼伤等安全隐患。

发电机；转子；磁化；退磁处理；安全隐患

0 引言

某燃气电厂390H型汽轮发电机转子轴颈、滑环、风扇盘、中心环等部位被磁化，剩磁达90×10-4T以上。若不进行退磁处理，继续运行可能会出现轴向电流，引起轴系振动增大、大轴发热严重、轴瓦烧损或轴颈电灼伤等严重安全事故。

依据国能安全〔2014〕161号《防止电力生产事故的二十五重点要求》[1]，为了防止发电机转子因剩磁过大而导致运行中转子设备出现故障，应对发电机带磁部位进行退磁处理。

经查阅相关文献得知，一般情况下，只要退磁工期足够、现场试验设备能满足要求，在转子两端护环均拔出的情况下，采用直流退磁法或交流退磁法均能达到理想的退磁效果。文献[2]提供了一个汽轮机侧和励磁机侧护环均已拔出，整体采用直流退磁法退磁的案例。此次退磁处理有4个特点：剩磁不规律；汽轮机侧护环未拔出；现场交流调压器容量不足；此前发电机转子抽出膛外放在金属支墩上时，支墩也已被磁化。通过检测转子磁化情况，采用了直流退磁和交流退磁相结合的方法；同时，受交流调压器容量的限制，将退磁部件划分为数块依次退磁，最终使各个部位的剩磁满足正常运行的要求。

1 390H型汽轮发电机转子简介

390H型汽轮发电机转子整组在制造厂家锻造、组装完成，整体运输至使用单位。转子由整段合金锻钢加工而成，全长12.176 m；励磁机侧轴径为0.533 m，长0.711 m；汽轮机侧轴径为0.559 m，长0.698 m；护环直径为1.219 m，长0.767 m；励磁线圈段长约5 m，总质量为64.4 t；额定励磁电流为2 019 A，额定励磁电压为750 V。发电机的励磁电流由静态励磁系统提供，通过碳刷实现转子动、静部分的能量传递，励磁回路由集电环、导电螺钉、导电杆、导电片、引线螺钉与励磁线圈等构成。

2 转子磁化原因分析

390H型发电机转子发生间断性接地故障后，转子抽出膛外，放在专用金属支墩上。经检测，励磁机侧轴颈、励磁机侧中心环、集电环、风扇盘、汽轮机侧中心环等部位被磁化，其他部位未被磁化。

分析现场情况可以看出，可能是发电机转子发生多次不稳定多点接地故障时，产生的轴电流经过转轴等部件形成闭合回路，使转子发生环形磁化。转子不稳定接地故障过程及检查情况如下。

第1次。正常停机惰走过程中，当转速分别为2 200 r/min和2 000 r/min时，发生了瞬间接地故障。故障发生后，测量转子对地绝缘、直流电阻和转子交流阻抗，均正常。

第2次。机组再次启动过程中，转速升至2 950 r/min时，又发生瞬间接地故障；降速至900 r/min时，再次发生接地故障。故障发生后，测量转子对地绝缘、直流电阻和转子交流阻抗，均正常。

第3次。正常停机惰走至1 040 r/min时，再次发生瞬时接地故障。故障发生后，测量转子对地绝缘、直流电阻和转子交流阻抗，也还正常。

第4次。再次启动过程正常，机组运行于有功负荷240 MW，发生转子接地故障，跳闸。机组全速空载，转子接地保护装置EGDM测录转子对地电阻为108 Ω。使用绝缘电阻表测量转子对地绝缘为0 Ω。发停机令，当转速在2 575，1 790，840 r/min时，发电机转子对地绝缘正常；而当转速在1 200，343 r/min时，发电机转子又发接地故障报警；转速至0，盘车自投正常后，转子对地绝缘电阻亦显示正常。

发电机转子停放在金属支墩上，使用高斯计测量各部位的剩磁数值，表明发电机转子已被磁化。对发电机转子作解体检查，发现外环极引线螺钉有黑色杂质并出现松动，引线螺钉与导电杆接触处有磨损，引线螺钉绝缘套上和转子中心孔内都有锈蚀，转子下线槽鸽尾槽处有黑色杂质，槽楔下垫条侧面有黑色杂质，转子阻尼条也有电腐蚀造成的黑色杂质。

转子磁化的其他可能原因有：(1)汽轮机的部件属于铁磁体，制造厂机械加工过程中本身就被一定程度磁化，汽轮机转子运行过程中由于叶片与高压蒸汽摩擦产生静电，使磁化进一步加剧[3]；(2)设计、安装等原因导致磁路不对称，如定子、转子气隙不对称及励磁回路链接不当等[2，4]；(3)发电机转子的电气试验也可能使其磁化[3]。

3 常用退磁方法

退磁就是周期性地改变缠绕在被磁化部件上的退磁线圈中的电流方向并逐渐减小电流，使被磁化部件沿磁化曲线回到坐标原点。常用的退磁方法有直流退磁法和交流退磁法。

3.1 直流退磁法

直流退磁法通过改变直流电流的大小和方向来达到退磁目的。直流退磁可以用直流电焊机作电源，也可用调压器和二极管组成单相桥式整流电路。此次发电机转子退磁以直流电焊机为电源，试验接线如图1所示。

图1 直流退磁接线

直流退磁法的试验步骤。

(1)使用足够通流面积及绝缘强度的试验导线作为退磁线圈，先测试被磁化部件的剩磁，再运用式(1)初步估算线圈匝数。直流退磁法施加的最大退磁强度，决定磁化体本身的矫顽力，一般选择被退磁部位剩磁最大值的4～5倍，这里取4倍。

(1)

式中：N为退磁线圈匝数；Bmax为剩磁磁场强度最大值；L为绕线圈的轴长；I为退磁电流。

(2)按照剩磁强度及方向,在需退磁的物件上绕制线圈，重要部件应预先用绝缘材料防护，不同的部位可以考虑不同的绕线密度，多匝的绕线方向必须全部一致。

(3)首次加电流所产生的磁场方向要与原剩磁磁场方向相反。

(4)确定电焊机输出电流在最小位置后合上刀闸。

(5)逐渐调大电焊机输出电流至目标电流值(通过测量剩磁后计算得出)，停留15s左右再逐渐将电流降至零，拉开刀闸。

(6)对原剩磁部位进行极性和磁场测量，检查极性是否反向。若极性反向则可将电流加至足够；若未发生变化则需要检查接线是否正确或进一步加大电流直至反向。

(7)利用双向刀闸的操作使电流反向，将电流较上一次减少10%左右，停留15s后降至零则完成了1个退磁周期。

(8)重复第2～7步，直到电流减至10A以下，使剩磁满足要求为止。

3.2 交流退磁法

交流退磁法是利用退磁线圈中交流电流的正负交替自动实现磁感应强度的换向，退磁过程中，当交流电流升至合适值后，缓慢均匀降至零，实现带磁部位的退磁。试验接线如图2所示。

图2 交流退磁接线

3.3 退磁方法的选择

使用直流退磁法时，导磁体所绕线圈不存在电抗，线圈内施加一定的电流所需的电压很低，所需电源容量也小，但需要反复改变电流的方向。因该方法退磁效率低，故一般只在交流退磁电源容量不够时采用。

交流退磁法由于电流自动改变方向，相比于直流退磁法退磁效率更高。交流电流加在有铁芯的退磁线圈上，感应电压较高，因此要求电源容量较大。在同样的剩磁下，横截面大的部件退磁时要求电源变压器的容量也大，因此横截面大的部件通常用直流退磁法[3，5]，即若所使用的电源变压器无法满足该部件退磁要求，则需采用直流法进行退磁。

此次退磁试验过程中，根据带磁部位的大小、剩磁情况以及现场交流电源情况选用了适宜的退磁方法。发电机转子励磁机侧中心环轴向先采用了直流退磁法，后采用交流退磁法；励磁机侧中心环径向采用了交流退磁法；汽轮机侧中心环轴向采用了交流退磁法；轴颈、滑环、风扇盘等均采用直流退磁法。另外，轴颈、滑环、风扇盘等在直流退磁的基础上，又采用了铁柱绕线后吸附的方法，如图3所示。

图3 风扇盘退磁

4 退磁处理

退磁前使用高斯计全面测量转子各个部位的剩磁强度及方向。测量点用彩笔做好记号，有针对性地开展退磁工作。在退磁过程中，发现发电机转子金属支墩也已被磁化，由于发电机转子检修后的试验还需要在金属支墩上进行，故先将发电机转子放置在枕木上再对金属支墩进行了退磁处理。退磁过程中整体线圈绕线如图4所示。

图4 退磁线圈绕线示意

4.1 励磁机侧中心环退磁

励磁机侧中心环的剩磁存在轴向分量和径向分量，励磁机侧护环已拔出，中心环裸露，现场允许对其分别进行轴向和径向退磁。处理前、后中心环各个部位剩磁强度见表1。

在中心环附近大轴表面围绕大轴绕制合适匝数的退磁线圈(如图4中线圈B-b所示)，按照直流退磁法的第2～8步进行直流退磁操作，退除中心环轴向剩磁，再使用交流退磁法进一步退磁。

在中心环表面围绕中心环绕制合适匝数的退磁线圈(如图4中线圈C-c和图5所示)，使用交流退磁法进行径向退磁操作。

4.2 励磁机侧轴颈、滑环、风扇盘退磁

励磁机侧轴颈、滑环、风扇盘的退磁采用直流退磁法，在轴颈、滑环表面绕制合适匝数的退磁线圈(如图4中线圈A-a所示)，按照直流退磁法的第2～8步重复退磁操作之后，励磁机侧轴径剩磁强度最高达4×10-4T，再采用多个铁柱绕线后多次吸附后移开的方法(如图3所示)，最终剩磁强度减至2×10-4T以下。处理前、后各个部位剩磁强度见表1。

4.3 汽轮机侧中心环退磁

受励磁机侧轴颈等部位退磁的影响，汽轮机侧中心环剩磁强度已有所降低，但由于汽轮机侧护环未拔出，故无法进行径向退磁。采用交流退磁法对汽轮机侧中心进行轴向退磁(如图4中线圈B-b所示)。处理前、后中心环各个部位剩磁强度见表1。

4.4 金属支墩退磁

发电机转子抽出膛后，为了进行接地故障的检查和试验，放在了金属支墩上。在退磁的开始阶段，风扇盘、滑环处的剩磁始终有20×10-4T以上。不管采用何种方法，退磁效果都不理想，后经测试发现，金属支墩的剩磁最高达20×10-4T。将转子移至枕木上，再先后采用直流退磁和交流退磁方法对金属支墩进行退磁，最终剩磁为2×10-4T，如图6所示。

图5 中心环径向退磁图6 金属支墩退磁

5 退磁结果分析

此次390H发电机转子退磁尽管受到工期短、现场交流调压器容量不足、汽轮机侧护环未拔出等条件的限制，由于综合采用了直流退磁法和交流退磁法，其退磁效果还是满足了要求，退磁处理前、后的测量点；(3)靠近励磁机侧转子轴颈侧的滑环为内滑环，另一侧为外滑环。

表1 转子退磁前、后实测数据 ×10-4 T

注：(1)中心环靠近滑环的一侧规定为中心环的外侧，靠近转子铁芯的一侧规定为中心环的内侧；(2)编号1～12的点为随机选取的实测数据见表1。

由表1可知，退磁处理后的发电机转子励磁机侧轴颈、滑环和风扇盘等部位剩磁均不大于2×10-4T，但由于缺少专业的交流退磁设备、现场交流调压器容量不足以及汽轮机侧护环未拔出的条件下无法对整台发电机转子进行整体退磁，励磁机侧和汽轮机侧中心环处的剩磁无法降至10×10-4T以下。

经查阅资料[6]，剩磁超过10×10-4T对发电机运行造成影响不是绝对的，并且剩磁会随着发电机运行温度的升高而减弱。《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第10.4.2款明确规定，发电机转子、轴承、轴瓦发生磁化(参考值：轴瓦、轴颈大于10×10-4T，其他部件大于50×10-4T)应进行退磁处理。由此可以得出结论：发电机转子励磁机侧轴颈、滑环和风扇盘等部位剩磁均不大于2×10-4T，只要不是部件大部分区域剩磁超过10×10-4T，局部区域剩磁稍大于10×10-4T，不会影响机组的安全运行。