宝泉抽水蓄能电站1号机组转子热打键试验（张孟军,刘其园）

关 键 词: 磁轭转子;装配技术;立轴单级混流可逆式机组;宝泉抽水蓄能电站

中图分类号: TK73 文献标识码: A

1 概述

宝泉电站装有4台立轴单级混流可逆式机组，总装机容量为120万kW，单机容量30万kW，生产厂家为法国ALSTOM公司。机组转子由瓶状轴、磁轭和磁极等部件组成，转子组装后总质量310t。转子磁轭由4.0mm厚的冲片叠成，单层全圆由4张冲片组成;磁轭总高为3136mm，由192根M39螺杆套合而成。磁轭与瓶状轴之间一圈均匀分布12根磁轭主键，上、下副键插入在主键与瓶状轴之间，共24根。

2 热打键原理与试验接线

2.1 热打键原理

转子磁轭在运行中由于受到强大的离心力作用，将会导致磁轭径向变形，使磁轭与中心体发生径向分离，转速越高，这种分离现象越严重。为保证机组在这种情况下安全运行，必须要使磁轭与中心体之间有一定的机械紧量，因此在转子装配过程中应预先给转子磁轭与中心体一个预紧力。用冷打键方法无法满足这一预紧力的要求，因此必须采用热打键的方法。热打键的方法是在冷打键的基础上，将磁轭加热，使之膨胀，从而使磁轭与中心体之间存在一定的间隙，然后将副键打入规定的深度，这就是热打键。依靠这种预紧量，借以抵消磁轭径向变形的影响，确保机组长期安全运行。

2.2 加热原理与接线

绕在转子铁芯上的励磁线圈在铁芯上产生交变磁通，交变磁通使磁轭发热，从而达到对转子铁芯加热的目的，接线如图1（略）所示。

3 转子磁轭参数

转子磁轭主要参数如下:

磁轭外圆半径R1为1920.3mm;

磁轭内圆半径R2为1065mm;

磁轭总长L1为3136mm;

磁轭叠片系数K为0.90;

磁轭有效长度L为2822.4mm（L=K×L1）;

磁轭轭部高度Hc为855.3mm（Hc =R1-R2）;

磁轭轭部截面积为2413998.72mm2（S=L×Hc）;

磁轭轭部平均直径为2985.3mm。

4 试验相关计算

4.1 磁轭加热后的膨胀量与副键热打深度

根据厂家要求，需要使磁轭与中心体之间产生60℃的温差，故可进行以下计算。

（1）磁轭加热后的膨胀量。

Δδ=ΔTαD/2=60×12×10-6×2985.30/2=1.07mm;

式中ΔT为磁轭与中心体温差;D为磁轭平均直径;α磁轭钢膨胀系数。

（2）热打键打入深度。

L=Δδ×β=1.07×200/1≈200mm

式中β为磁轭副键锥度，β=200/1。

4.2 试验变压器容量的计算

根据公式，感应电动势U=4.44fsbW，式中U为励磁输出到励磁线圈的电压;f为试验电源频率;s为定子铁芯轭部截面;b为试验时铁芯轭部磁通密度;W为绕线匝数。励磁总磁势####IW =πDavHo，式中Dav为磁轭部平均直径;Ho为单位长度安匝数。得出:

P=UI=4.44πfsBDavHo

式中磁通B为0.1T，Ho为单位长度安匝数，Ho值为13.55×102安匝/m。

P=4.44×3.14×50×2413998.72×10-6×0.1×2985.3×10-3×13.55×102=680kVA

4.3 现场试验变压器配置及绕线方法计算

根据现场实际情况，拟采用一台单相全绝缘变压器作为试验变压器使用，变压器高压侧接至施工用电10kV。

励磁变压器的主要参数如下:

容量800kVA，全绝缘，变压比10kV/1500V。

4.4 现场绕线匝数及励磁电流、测量电压计算

（1）励磁绕组匝数。

U=4.44fsbW，b取0.1T。

W=1500/（4.44×50×2413998.72×10-6×0.1）=27.98，取W=28匝。

（2）励磁电流及电缆。

IW=πDavHo，其中Ho为单位长度安匝数，取13.55×102安匝/m。

I=（3.14×2985.3×####10-3×13.55×102）/28=453A

励磁电缆的选择:所需励磁电缆可选用厂供120mm2的3kV铜芯软电缆双线并绕作为励磁电缆。

（3）测量线圈的匝数和电压。

U2/U1=W2/W1，取W2=1，U2=1500V/28=53V。

（4）电流互感器变比选择。600/5A，测量电流为3.78A。

5 现场试验过程

5.1 加热前的准备

（1）拆除测圆架。拆除磁轭支撑板和垫木，使磁轭全部重量落在立筋挂钩上，检查磁轭下沉量。

（2）转子叠片最后一次压紧完成，原始数据测量完成。

（3）所有电气接线按图完成。

（4）转子磁轭内侧用石棉保护，转子加热保温棚搭设完成并符合加热保温条件。

5.2 试验过程

（1）试验开始后，记录电流及电压，并记录相关数据并分析其正确无误。

（2）用红外测温仪观察转子铁芯及中心体温度，铁芯应无明显发热点，并记录磁轭和中心体温度。

（3）按照ALSTOM厂家对试验温升预计为75K，即如果开始温度为20℃，则最终温度应约为95℃。

（4）当膨胀量达到0.9mm时，为防止膨胀量收缩，不要急于打键，而是要等到膨胀量达到约1.2mm时再中断电源并迅速打入副键。

（5）用自制工具固定上磁轭副键，按计算值长度标识好副键应打入深度。当膨胀量符合要求时，上端副键用铁锤打入，下端副键用千斤顶顶入。

（6）如果经过8h加热，膨胀量仍不符合要求，应停止试验。

5.3 试验结束后检查内容

（1）检查磁轭中心是否改变。

（2）割去多余副键。

（3）安装转子挡风板。

5.4 安全措施

（1）转子必须清扫干净，不得留有金属物件。

（2）开关柜、励磁变压器基础均必须接地可靠。

（3）工作人员测量膨胀量以及热打键之前必须断电，以防止触电。

（4）加热操作和温度测量安排专人值班，不得离岗;试验过程中设专人用激光测温巡视磁轭温度，如发现局部发热历害，甚至冒烟或发红时，应停止加热。

（5）试验中检查各部温度时，应穿绝缘鞋，不得触摸磁轭;打键人员应注意防护，防止烫伤。

5.5 组织机构

总指挥1人;试验人员4人;机械人员10人。

6 结语

通过宝泉电站1号机转子试验，验证了热打键的以上计算完全正确，与实际情况相符合。采用此方法进行加热速度快，磁轭温升均匀，试验效果比较理想。同时，加热前应做各项准备工作，包括试验设备的精心安装与接线、各专业试验人员的合理分工等，这是确保试验成功的重要因素。

作者简介: 张孟军，男，武警水电第二总队第八支队，工程师。