600mw汽轮发电机进相运行时定子端部发热和限制措施

汽轮发电机进相运行时定子端部发热和限制措施600MW 张小兰（重庆电力高等专科学校电力工程系，重庆）400053【摘要】介绍汽轮发电机进相运行时定子端部漏磁场的特点和端部发热机理，针对性地阐述在发电机制造过600MW 程中和运行过程中的所采取的相应限制措施。

【关键词】汽轮发电机；定子端部发热；限制措施600MW 【中图分类号】TM311 【 文献标识码】A 【文章编号】（）1008-8032200601-0006-04引言0 随着国产汽轮发电机制造技术的成熟和运行经验的积累，汽轮发电机将逐步成为火 600MW 600MW 力发电的主流机组之一。

目前，我国大机组都接入电网且大多安装在远离负荷中心处，600MW 500kV 要经过长距离送出。

由于电压高、距离长、线路充电功率大，当系统低谷负荷期间，系统无功功率过剩，引起电网电压升高。

解决系统剩余无功功率，第一种办法是在送受两端变电所配置足够容量的并联电抗器以吸收线路多余的无功功率，第二种办法是利用发电机进相运行来吸收无功。

前一种办法，电抗器投资巨大，在运行中电抗器吸收无功的同时要消耗有功，常年累计，经济损失很大，且电抗器投切对无功和电压的影响是阶梯式的；而利用发电机进相运行吸收线路过剩无功功率，不需要增加投资，无功就地平衡，几乎不产生功率附加损耗，对无功和电压的调节是平滑的、连贯的，而且响应速度快。

因此位于超高压电网远方的发电机组，希望具有适当的进相运行能力。

影响发电机进相运行能力的主要因素除发电机运行的稳定性要求外，就是定子端部结构件的过热问题。

特别是发电机的单机容量提高后，线负荷提高，定子端部的发热更为严重。

若发电机定子端部温升过高，将导致端部结构部件变形或损坏，绕组和铁芯松动，端部绝缘磨损加快，绝缘老化速度加快，并可能导致定子绕组绝缘击穿，引起绕组接地或相间短路等故障。

因此，在制造过程中，汽轮发电机采取了多种措施对端部漏磁场加以限制，并使端部发热得到充分的冷却，以保证600MW 发电机有一定的进相运行能力；在运行过程中，对发电机进相运行负荷和端部温度都采取了相应的限制措施，以保证发电机安全运行。

定子端部漏磁场的特点和端部温升情况1 发电机运行时，定子端部的漏磁场是由定子绕组端部产生的漏磁场和转子绕组端部产生的越过 气隙漏磁场所合成。

定子绕组端部的漏磁场与电枢反应磁场一样是一个旋转磁场。

同样，转子绕组端部所产生的漏磁场是随转子同步旋转的。

因此，定子端部的合成漏磁场是一个旋转磁场。

在电机的槽部，可以认为只有径向磁通。

但端部绕组形状复杂，漏磁通除径向分量外，还有轴向和切向分量。

由于磁通对定子有相对运动，在定子端部的铁芯和金属部件中要产生由于磁滞和涡流损耗而引起发热和温度升高。

轴向分量的磁通是垂直进入定子铁芯，它所引起的发热尤为严重。

漏磁的大小第卷第期 11 1 重庆电力高等专科学校学报 年月 2006 3Vol. 11 No.1 Journal of Chongqing Electric Power College Mar. 2006收稿日期[] 2006-01-06及其发热的影响，不仅与端部结构和材料性质有关，还与发电机的运行方式有关。

运行方式对定子端部发热的影响2 发电机定子电压、电流不变情况下，从迟相运行转入进相运行，定子端部的漏磁场要增大，端部温升也要相应升高，分析过程如下。

图中△的三条边分别代表定子磁势1OAB （），转子励磁磁势（）和与定子端电压对应的合成磁势（）的相量关系。

若不计铁芯饱和，该磁势三角形与对应的电压相量三角形相似，对发电机主磁通来说，各磁势产生的磁通分量所经过的气隙磁阻均一样，该三角形也可表示气隙中各磁密分量之间的相量关系。

但是，端部磁场较复杂，定子和转子磁势各自的漏磁通所经过的路径是不同的，转子离定子端部较远，使转子漏磁通的磁阻较定子端部漏磁通的磁阻大，这样，如用△中的代表定子漏磁OAB 密，则转子磁势产生的漏磁密应为的一部分，即，，端部合成漏磁密，一般取～。

当发电机由迟相运行转为进相运行时，如定子电流不变，点则 0.30.5A 在以点为圆心的为半径的圆弧上由第Ⅰ象限移动到第Ⅱ象限的′。

所得的是进相运O A行时的磁势三角形。

此时，端部漏磁密。

显然，。

当发电机冷却条 件不变，端部温升是与成正比的。

发电机进相运行时，定子端部发热更严重。

制造时对定子端部温升的限制措施3 以哈尔滨电机厂的汽轮发电机为例，定子额定电流达到了，使定子的漏磁密很 600MW 19245A Ba 大，转子额定励磁电流达到，使转子绕组端部产生的越过气隙的漏磁密5900A B f 很大，因而端部合成漏磁密很大，若发电机进相运行时，端部合成漏磁密会更大。

因此汽轮发电机以降低漏磁Be 600MW 和加强冷却来降低发电机端部温升为主要途径，措施如下。

电屏蔽3.1 为了压紧铁芯，在定子硅钢片的外面有指压板和压圈等端部金属构件，处于强大端部漏磁场下 的端部金属构件和定子铁芯外端，会产生很大的涡流损耗，使端部金属构件上的温度很高，达到了不能允许的程度。

为了解决这个问题，在端部设置了一个屏障，以阻止磁通进入端部金属构件和铁芯，特别是垂直于硅钢片表面的磁通，这就是电屏蔽，电屏蔽环用铜和铝制成，如图所示，一是2借助铜和铝的低电阻率降低损耗；二是利用电屏蔽上的涡流形成反磁场以抵消或削弱端部金属构件上的漏磁场，使金属构件上的温度降低。

磁屏蔽3.2 磁屏蔽就是在定子铁芯（铁芯设计有效长度）的外面，仍用导磁较好的硅钢片作成如图所示 2的椎形磁屏蔽层，即用定子铁芯同样的冲片，分组地把内圆齿部剪去一部分，使从端部来的大部分漏磁通转变成为与定子轴线垂直方向的径向漏磁通，从而降低端部损耗，同时也可以降低温度。

分割涡流回路降低损耗3.3 AO BA BO AO BA a B f B DA = /1DA BA λ=< e B OD = λ OA OA B ′∆ /D A BA λ′′′= eB OD ′′= e e B B ′> 2e B 图在定子电压和电流不变的条件1 下端部磁密B e 随功率因数变化情况第期 1 张小兰：汽轮发电机进相运行时定子端部发热和限制措施 600M W -7-采用电屏蔽和磁屏蔽后，定子铁芯端部靠转子处仍有垂直于铁芯端部的轴向磁通进来，那里仍然较热。

特别是汽轮发电机进相运行时，边段铁芯齿部温升高，为降低温升，采用了齿部开宽2mm 的槽，分割齿部涡流回路，减小涡流的流动面积，以降低损耗。

如图所示。

3增加端部漏磁路的磁阻3.4 转子两端护环采用非磁性材料，据文献记载，采用非磁性护环的温升可较磁性护环的温升减少到。

同时可使定1/2子端部的齿和压指温升降低到以下。

70%定子铁芯边段采用阶梯形，相当于增大了定、转子间隙，从而达到增加磁阻、减少齿顶部位磁通、降低齿顶温升的目的。

端部构件采用非磁性材料3.5 定子铁芯的指压板、压圈和绕组支撑环及附件采用非磁性材料，既可避免漏磁集中而产生的局部高温，又增加了磁阻、减少了损耗、降低端部温升。

加强冷却3.6 为了加强端部磁屏蔽和主铁芯的边段铁芯的冷却，发电机铁芯除设有轴向通风道外，在磁屏蔽处还设有数道径向通风沟，在边段铁芯处也设有径向通风沟，与轴向通风道相隔离。

冷氢进入径向通风沟冷却了磁屏蔽和边段铁芯后进入气隙，由风扇抽出。

如图所示。

2运行时定子端部温升的限制措施4 进相运行发电机的负荷规定4.1 目前，对发电机进相运行能力还没有统一标准，国际大电网会议旋转电机工作组建议“对所有 短路比不低于的发电机，在功率因数为、吸收无功功率的情况下，应能在额定有功功率下0.40.95运行。

”对每一台发电机，电机制造厂也会提供其安全运行曲线，即图。

发电机进相运行时，P-Q 有功功率和无功功率一定要在发电机的图的限制范围内，并密切注意监视发电机的端部温度。

P Q P-Q 对定子端部温度的监测4.2 运行中为保证发电机内部各点温度不超过对应的允许温度，汽轮发电机安装了一套连续 600MW 监视监测的测温系统。

温度传感器除埋设在定子铁芯、定子线棒、定子引出线、氢气冷却器等处以外，磁屏蔽和边段铁芯上还有个铜康铜热电偶，用于监视端部结构件温度，这些温度传感器引12-至机座腹部的测温接线板上。

测出的温度均送到计算机中通过屏幕显示或由打印机打印，对超限温度还能通过计算机进行报警。

图硅钢片齿上的开槽3 -8- 重庆电力高等专科学校学报 第11 卷图定子端部结构简图2结束语5 汽轮发电机采用了大量的新工艺、新技术、新材料，保证了发电机具有一定的进相运行 600MW 能力。

进相运行时，应密切监视发电机的端部温度，以保证发电机的安全运行。

参考文献：华东电力集团公司科学技术委员会．火电机组运行技术丛书电气分册．北京：中国电力出版社，．[1] 600MW [M]2004黄纯华．大型同步发电机运行．北京：中国电力出版社，．[2] [M]2000 The Stator End Fever of the 600 MW Steam Turbo-Generator to Enter the Phase AdvanceRunning and the Measure of LimitZHANG Xiao-lan，(Electric Engineering Department of Chonqqing Electric Power College Chongqing 400053)：Abstract This text introduces the characteristics of the leakage magnetic field and the mechanism of fever at the stator end when the 600 MW steam turbo-generator to enter the phase advance running, and the correspond measures to limit it in the process of making and running .：Key words ；；the 600 MW steam turbo-generator the stator end fever the measures（上接第页）5万国成，任震，田翔．配电网可靠性评估的网络等值法模型研究．中国电机工程学报，，．[2] [J]2003(5)[3] 谢开贵，周平，周家启等．基于故障扩散的复杂中压配电系统可靠性评估算法．电力系统自动化，，．[J]2001(4)夏岩，刘明波，邱朝明．带有复杂分支子馈线的配电系统可靠性评估．电力系统自动化，，．[4] [J]2002(4)陈文高．配电系统可靠性实用基础．北京：中国电力出版社，．[5] [M]1998郭永基．电力系统可靠性分析．北京：清华大学出版社，．[6] [M]2003Analysis of Reliability and Economics of10 kV Distribution System Connection ModeLI Ming-hao (Jiangjin Power Supply Branch of Chongqing Power Company, Chongqing 402260)：Abstract Based on the reliability-network-equivalent algorithm for reliability evaluation of distribution system by comparing the differences in reliability indices and construction cost in different typical grid structure in the same region, this paper provides reasons for definition of the most economical scheme that satisfies a certain reliability request in the construction and reconstruction of power grids.：Key words ；；；reliability-network-equivalent algorithm aerial line distribution system reliability economy 第期 1 张小兰：汽轮发电机进相运行时定子端部发热和限制措施600MW -9-。