利用电站主变对农村小水电发电机定子绕组进行烘干

金永琪

（浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231）

1 研究综述

浙江省小水电资源十分丰富，小水电是全省农村的重要能源，全省山多雨多,山能资源比较丰富，500 kW及以下的农村小水电站有3 000多座，大多为村集体或个人投资建造，电站的防洪能力较低，遇到台风季节，容易引起低压水轮发电机定子绕组遭到洪水浸泡，从而使发电机定子绕组绝缘电阻下降到0，为了减少洪水造成损失，急需对发电机定子绕组进行烘干处理。农村小型水轮发电机定子线圈受潮后的干燥处理方法一般有3种方式：三相短路干燥法、自然空气干燥法、通以直流电干燥法。①三相短路干燥法:将发电机出线三相短路，启动发电机组到额定转速，逐步调节发电机励磁电流（励磁功率由厂用电提供），使发电机定子短路电流升至额定电流的80%～90%，利用旋转励磁与发电机定子绕组中产生短路电流而发热进行干燥，主要用于暂停运行一段时间的发电机出现绝缘降低时，采用这种方法,该方法技术成熟，安全可靠。②自然空气干燥法：启动水轮机，使发电机转动至额定转速，用自然冷风将发电机内潮气吹掉。这样，干燥的时间必然很长。为缩短烘干时间，可在发电机的进风口装设电炉或其他电热设备，以增加发电机的进风温度。③通以直流电干燥法：将发电机定子绕组接成开口三角形，将直流电焊机作为干燥电源，直接将电流通入定子绕组内，以电流通过绕组的发热来进行烘干，烘干电流的大小，一般不超过发电机的额定励磁电流。

2 应用案例

2.1 应用背景

大昆水电站位于嵊州市西部长乐江支流大昆江上，集雨面积25 km2,设计水头73 m,流量0.55 m3/s,装机容量285 kW(160 kW+125 kW)，1989年5月建成投产，发电机组运行30年之久，设备绝缘老化较严重，受到2019年8月10日第9号超强台风“利奇马”的影响，特大洪水袭击了该电站，导致洪水进入厂房，造成2台发电机受淹，使发电机定、转子铁心全部绕组浸入水中。洪水过后，发现发电机内有大量泥浆、杂草等，发电机不能运转。为及早恢复电站生产，减少经济损失，必须及时对发电机进行烘干处理(吊出转子)。由于发电机浸泡水中的时间较长(约5 h)，在开展灾后抢修工作中，如何解决发电机定子绕组干燥问题，有2种解决方案：1是将发电机运回厂家进行修理。据估算至少需要15 d左右的时间，由于正值汛期，不仅修理费用高而且还影响整个电站的抢修进度，错过汛期发电的大好时机。2是采用现场烘干处理。经过对烘干处理方案充分论证后，认为目前的定子绕组已不能采用三相短路烘干方法来进行干燥。另外由于大昆电站处于山区，交通不便，烘干设备如大电流发生器等一时难以找到，采用发电机外部热风吹干燥法效果不佳。为充分利用水电站自身设备，节约处理成本，提高工作效率。决定利用电站主变用作大电流发生器对发电机进行烘干处理。

2.2 烘干方法及步骤

2.2.1 清洗定子及铁心

首先拆开发电机端盖、通风口，把淤积在发电机定子、转子间隙的泥沙、灰尘等用低压水龙头直接冲洗干净，避免用木棍及其他较硬的东西撬、抠，以免损伤定子绕组。定子、转子间隙初步清洗干净后，及时将转子抽出，再用水龙头仔细把机架、铁心、通风口、绕组及端部清洗干净，然后用干净的白沙布擦干净，再用2台轴流风机从不同的角度对定子吹12 h以上，待其表面水分蒸发干燥后。用白沙布沾上工业酒精清洗铁心及绕组表面的油污，抢修人员要注意个人防护，必要时戴防护用品，用这种方法反复清洗几遍，吸附在铁心、绕组表面的油污可清洗干净。在清洗过程中一定要仔细、认真、耐心，注意不得使硬物和利器损伤发电机线圈绕组。

2.2.2 电站主变烘干发电机接线图

自备TSGC2－6三相调压器1台，容量为6 kVA，输入电压为（380±10%）V，输出电压为0～430 V，输出电流8 A；三相调压器的容量可根据SN=KK3I2R（VA），KK为可靠系数取3～4倍，主要考虑烘干消耗的功率和主变损耗的功率，I为最大烘干电流，R为发电机定子绕组直流电阻。HK2－16/3三相闸刀一把，输出电流为16 A，额定电压380 V；配备少量连接线。按以下顺序进行接线：①拆下发电机出线电缆，将定子绕组接成开口三角形。②断开发电机励磁回路的电源线，将发电机励磁三相桥式整流装置的交流电源输入端接于发电机出线电缆。③将三相桥式整流装置直流输出端接于发电机定子绕组开口三角形的两端。④将调压器输出端接入主变高压侧(断开主变高压侧跌落式熔断器，并做好安全措施)，调压器输入端接380 V厂用电，用三相闸刀控制电源通断，接线如图1所示。原一次设备如：隔离开关、空气开关等均保持电气连接。同时，发电机控制盘内的三相电流表、励磁电流表(可反映定子绕组烘干电流值)都能正确反映烘干全过程。如图1所示。

图1 电站主变压器烘干发电机定子接线示意图

2.2.3 接线原理分析(以125 kW发电机为例)

烘干接线图上的主要电气设备技术参数，主变1T:额定容量400 kVA，变比10 kV/0.4 kV，高压侧电流18.5 A，低压侧电流462 A，短路电压百分比4.69%，Y/Yo-12接线方式；发电机1G:额定功率125 kW，额定电压400 V，额定电流225 A，额定励磁电压31 V，额定励磁电流124 A，额定转速750 r/min，功率因素0.8，Y接线方式。

从图1接线图分析可知，加在主变高压侧的电压为0～400 V，则低压侧电压约为0～16 V,如低压侧电压直接送入发电机定子绕组，由于发电机阻抗较大，产生的电流较小，达不到绕组烘干的要求。为此，将主变低压侧电源送给发电机励磁整流器，然后将整流后的直流电流送入发电机定子绕组。因定子绕组的直流电阻很小(经实测为0.029 Ω/相)，从电力电子技术知识可知，励磁整流桥输出电压Ud=1.35U2，U2为主变低压侧线电压；励磁整流桥输出的输出电压：Ud=3IR=3×0.029×124=10.8 V，此时U2控制在8 V左右即可。在烘干过程中，通过三相调压器严格控制发电机励磁整流桥输出电流不超过额定励磁（124 A），此电流约占发电机定子额定电流的55%，因此本接线方案能够满足定子绕组需要大电流的烘干要求。

2.2.4 烘干过程

（1）正确接线并做好保温措施。按照图1接线图并检查无误后，用2层塑料薄膜把整个定子全部盖住，并在顶部开1个20 cm见方的孔方便潮气排出。合上发电机控制盘内的隔离开关1QS、空气开关1QF。

（2）在定子绕组上安装酒精温度计。在烘干过程中，为了能够全面测量定子绕组的温度，在定子圆周均匀设置6个温度观测点，安放位置从铁心外圆通风槽直接插入，尽量贴近绕组，这样所测得的温度比实际绕组内部的温度低10 ℃左右，以实测温度加上10 ℃左右温差作为发电机绝缘所允许的最高温度。

（3）通电操作过程。合上三相电源刀闸，缓缓调节三相调压器，并操作发电机励磁调节器，观察送入发电机定子绕组的烘干电流(发电机控制盘内励磁电流表)，开始时，控制烘干电流为发电机额定电流的25%（56 A），烘干4 h左右。

（4）烘干温度控制。经发电机额定电流的25%为烘干电流进行通电干燥后，无异常，电流升到接近最大安全电流（124 A），进行烘干。这时，由于定子电流加大，且发电机风道堵塞，发电机温度将很快上升，因此应密切监视发电机的温度变化，把发电机的温度控制在75 ℃左右(用手触摸定子铁心感到热而不烫，即酒精温度计的温度控制在65 ℃左右)。也可调节发电机通风道通气孔的大小或调节供给主变电源的调压器来实现发电机定子绕组烘干电流的大小，从而达到控制温度的目的。

（5）定期测量发电机绝缘。在烘干过程中，每隔4 h测量绝缘电阻一次，当测得定子热态状态下的绝缘电阻为0.5 MΩ及以上时，说明绝缘已经满足要求，即告烘干完毕。

（6）烘干完毕后(本次烘干约48 h，再加上前期的拆装、清洗、风吹等共计4 d左右时间)；然后用同样方法烘干160 kW发电机。最后恢复发电机组、主变压器的接线，发电机组即可投入正常试运行。

3 结语

由于山区小水电站烘干装备比较简陋，可以将主变用作大电流发生器对发电机定子进行烘干处理, 通过对被洪水浸泡过的发电机定子进行现场干燥并取得成功，达到以下目的。①解决山区小水电站一般无大电流发生器配备的实际问题；②解决山区小水电站交通不便所带来采办抢修物资之困难；③充分利用电站自身设备进行烘干处理，节约检修成本；④操作简单、安全可靠。烘干全过程可参照正常发电时的操作步骤进行操作、全程监控发电机定子绕组烘干电流；⑤工作效率高。缩短电站停机时间，减少电站停机而造成的电量损失，尤其是径流电站，其效果更为明显。利用电站主变对发电子定子绕组烘干方法可以推广使用。