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　　王海波哈爾濱電力高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院韓曉暉黑龍江電力職工大學(xué)韓景生哈爾濱大電機(jī)研究所和溫升的分布規(guī)律。確立了發(fā)電機(jī)定子端部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性。：汽輪發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱試驗(yàn)1前言隨著汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增加，電機(jī)的電磁負(fù)荷已超過2000A/cm.電機(jī)端部漏磁場(chǎng)顯著增加，在電機(jī)定子端部鐵芯及結(jié)構(gòu)件上引起較大的損耗發(fā)熱，可能造成電機(jī)端部有關(guān)部件過熱，影響電機(jī)安全運(yùn)行。

　　QPSN-650-2型汽輪發(fā)電機(jī)系哈電公司的首臺(tái)核電產(chǎn)品，該機(jī)定子線負(fù)荷為！=2118A/cm，最大氣隙磁密褚=l.16T.為了改善定子端部發(fā)熱，降低端部損耗，避免端部磁場(chǎng)和損耗局部集中，在設(shè)計(jì)時(shí)采取了如下措施：采用非磁性鑄鋼壓指及非磁性鑄鋼分塊小壓板，以降低壓指、壓板上的損耗。

　　定子邊緣鐵芯段設(shè)有小階梯，并在邊段鐵芯齒部開有寬為3mm小槽，以限制軸向漏磁引起的渦流。

　　定子鐵芯兩端設(shè)有呈階梯狀磁屏蔽疊層，以使端部磁場(chǎng)分流，減少端部漏磁降低端部損耗。

　　從整體設(shè)計(jì)考慮，取定子有效鐵芯長(zhǎng)度（6300mm）比轉(zhuǎn)子鐵芯有效長(zhǎng)度（6250mm）長(zhǎng)50mm，這對(duì)于電機(jī)負(fù)載工況來說，可使端部合成磁場(chǎng)減少，以減少端部漏磁，降低端部損耗。

　　發(fā)電機(jī)定子繞組為水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組為氫內(nèi)冷，定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)件為氫冷。電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端對(duì)稱裝有旋漿式軸流風(fēng)扇；電機(jī)兩端頂部對(duì)稱裝有氫氣冷卻器，整個(gè)電機(jī)成五進(jìn)六出氣隙取氣徑向多路通風(fēng)系統(tǒng)。電機(jī)額定氫壓PH=.4MPa.在定子鐵芯端部壓指處及端部磁屏蔽上均設(shè)有徑向通風(fēng)道，以改善其冷卻效果。

　　為檢查和鑒定該電機(jī)定子端部結(jié)構(gòu)的可靠性及設(shè)計(jì)的合理性。我們對(duì)該機(jī)定子端部磁場(chǎng)和溫升進(jìn)行了測(cè)試。

　　2試驗(yàn)內(nèi)容和測(cè)置方法本試驗(yàn)主要是在空載和短路工況下測(cè)量發(fā)電機(jī)定子端部的磁場(chǎng)和溫度，以確定該發(fā)電機(jī)端部磁場(chǎng)和溫度的分布規(guī)律，鑒定電機(jī)端部有無(wú)漏磁集中和過熱現(xiàn)象。

　　試驗(yàn)工況：在空載工況（t/時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)定子端部磁場(chǎng)。

　　1.05，1.2i/N）和短路工況（/K=1/n，1.46/N，1.08/n）時(shí)測(cè)量發(fā)電機(jī)定子端部穩(wěn)定溫度。

　　測(cè)磁元件采用探測(cè)小線圈；測(cè)溫元件采用銅一康銅熱電偶。

　　在發(fā)電機(jī)定子端部測(cè)試元件分兩組，共設(shè)16個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)一個(gè)熱電偶和一個(gè)小線圈，共埋置32個(gè)測(cè)試元件。測(cè)點(diǎn)位置分別分布在電機(jī)汽端定子端部垂直上方和水平位置。埋設(shè)位置分別見及。

　　同時(shí)在發(fā)電機(jī)冷卻器的冷、熱風(fēng)區(qū)分別埋置了電阻檢溫計(jì)，測(cè)試元件測(cè)量端設(shè)置一個(gè)熱電偶。分別測(cè)量冷、熱氫及環(huán)境溫度。

　　測(cè)試元件引線通過電機(jī)端部繞組中性點(diǎn)線棒絕緣外表面繞過錐環(huán)端部背部，用環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑和白布帶固定牢，再經(jīng)冷卻器人孔試驗(yàn)蓋板密封裝置引出。

　　端部磁密采用探測(cè)小線圈――FLUKE高精度數(shù)字萬(wàn)用表法測(cè)量。

　　端部溫度采用銅一康銅熱電偶一一7K2731/2741型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量。

　　冷氫溫度和熱氫溫度用/WP熱電阻計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量。

　　熱偶測(cè)量時(shí)未設(shè)冰點(diǎn)，通過測(cè)定接線板處溫度作為熱偶冷點(diǎn)補(bǔ)償。

　　3置結(jié)果及分析3.1端部磁場(chǎng)電機(jī)端部的交變磁場(chǎng)是引起電機(jī)定子端部發(fā)熱的內(nèi)在因素。它是由定轉(zhuǎn)子繞組端部共同產(chǎn)生的。端部磁場(chǎng)隨電機(jī)的運(yùn)行工況、端部各部件的材料、尺寸和位置而異。

　　3.1.1定子端部磁密分布各種工況下定子端部磁密測(cè)試結(jié)果見表1.各工況磁密最大值見表2.空載、短路兩種工況下端部磁密對(duì)比，見表1、表3.可見，空載工況時(shí)，邊段鐵芯磁密比短路核電650MW汽輪發(fā)電機(jī)定子端部垂直上方測(cè)點(diǎn)示意圖時(shí)大得多；而短路運(yùn)行時(shí)磁屏蔽各點(diǎn)和小壓板的磁密卻很大。兩種工況下壓指的磁密相差較小。

　　空載和短路運(yùn)行時(shí)定子端部磁密的分布規(guī)律都是隨著離開定、轉(zhuǎn)子間氣隙的距離的增大而減小，即邊段鐵芯磁密最高，壓指次之，磁屏蔽最低。且與設(shè)計(jì)計(jì)算的規(guī)律相符。

　　從各工況測(cè)量結(jié)果可以看出，邊段鐵芯和壓指表面的磁密主要受轉(zhuǎn)子電流的影響，定子電流對(duì)其影響比較次要。而磁屏蔽表面的磁密與其相反，主要受定子電流的影響，轉(zhuǎn)子電流對(duì)它的影響為次要。

　　表1QFSN50>2型汽輪發(fā)電機(jī)定子端部磁密測(cè)量結(jié)果位置工況\密邊段鐵芯第2段（齒頂）邊段鐵芯第1段（齒頂）壓指（頂部）壓指（斜面）中磁屏蔽（內(nèi)緣）中磁屏蔽（外側(cè)中部）外磁屏蔽（內(nèi)緣）小壓板（外側(cè)面）空一載相穩(wěn)態(tài)短路一表2最離磁密與位置工況測(cè)點(diǎn)位置磁密工況測(cè)點(diǎn)位置磁密空載相穩(wěn)態(tài)短路表3空載、短路時(shí)靖部磁密比較表點(diǎn)位置工況\密10-4邊段鐵芯壓指磁屏蔽小壓板表4QFSN>（iS0~2型汽輪發(fā)電機(jī)定子螭部溫度實(shí)測(cè)值（氫壓0.4MFIO空載三相穩(wěn)態(tài)短路冷氫熱氫環(huán)境3.2定子端部溫升由于電機(jī)端部交變磁場(chǎng)在端部結(jié)構(gòu)件中引起渦流損耗產(chǎn)生熱量，在給定的冷卻條件下，便表現(xiàn)為一定的溫升。電機(jī)端部損耗總值一般不大，通常是某些部位局部損耗密度較大，如果冷卻不好，往往引起定子端部局部溫升過高。交變磁場(chǎng)感應(yīng)的渦流損耗是端部發(fā)熱的內(nèi)因，加上冷卻條件作用，便綜合表現(xiàn)為端部溫升，而端部溫升往往限制發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行能力，為大家所重視。

　　端部溫升試驗(yàn)的目的，主要是測(cè)定定子端部的溫升分布，研究端部發(fā)熱隨負(fù)載變化的規(guī)律及端部結(jié)構(gòu)件的冷卻效果等。

　　3.2.1定子端部溫升情況該發(fā)電機(jī)各種工況下的定子端部溫度實(shí)測(cè)結(jié)果見表4.在不同工況下，定子端部結(jié)構(gòu)件的最高溫度、溫升見表5.空載、短路兩種工況下端部溫升對(duì)比，見表4、表6.最高點(diǎn)是邊段鐵芯齒頂處溫升為14.4K.短路運(yùn)行時(shí)定子端部溫升也不高，短路1.0/N工況下，最高點(diǎn)與空載時(shí)相同，亦是邊段鐵芯齒頂處溫升為8.4K.而且，就其定子端部鐵芯最篼溫升14.4K，它比定子鐵芯最高溫升空載、短路時(shí)最高溫升點(diǎn)與其它各點(diǎn)相差不大，空載0=1.05時(shí)最大相差13.6K；短路/K=1.0/N時(shí)最大只差7.1K.說明端部溫升比較均勻。

　　時(shí)定子端部分塊小壓板的溫升均不高，空載（/=1.05f/N）時(shí)最高溫升為1.4K；短路（/K=1.0/N）時(shí)最高溫升為5.5K.見表6.負(fù)載溫升在生產(chǎn)廠內(nèi)無(wú)法得到實(shí)測(cè)值，是通過空載溫升和短路溫升推算而得，推算得到的端部負(fù)載溫升最高點(diǎn)仍然在定子邊段鐵芯齒頂處為11.6K，見表7.從理論上分析，如不計(jì)磁路飽和及電機(jī)各部分熱交換情況，負(fù)載溫升與對(duì)應(yīng)短路溫升、空載溫升有下列關(guān)系：負(fù)載功率因數(shù)角。

　　3.2.2定子端部溫升分布該電機(jī)在空載、短路運(yùn)行時(shí)端部溫升的分布規(guī)律基本與磁場(chǎng)分布規(guī)律一致。都是隨著其徑向尺寸增大，溫升減低。即邊段鐵芯最高，壓指次之，磁屏蔽的溫升最低。

　　表S最離升與位置工況空載三相穩(wěn)態(tài)短路測(cè)點(diǎn)位置測(cè)點(diǎn)溫度（冗）冷氫溫度（尤）熱氫溫度（t）環(huán)境溫度（t）測(cè)點(diǎn)溫升（K）表6空載、短路時(shí)勵(lì)部升比較表邊段鐵芯壓指磁屏蔽小壓板工況\（K）\溫工況\邊段鐵芯壓指磁屏蔽小壓板升空載=短路/K表7定子靖部負(fù)栽升推算值（壓0.4MP8 4結(jié)論的測(cè)量結(jié)果和分析可以得出下列結(jié)論：發(fā)電機(jī)定子端部越靠近氣隙處磁場(chǎng)越強(qiáng)�？蛰d和短路運(yùn)行時(shí)最篼磁密點(diǎn)都在邊段鐵芯上，且空載時(shí)邊段鐵芯上的磁密比短路時(shí)大得多；而短路時(shí)磁屏蔽上各點(diǎn)的磁密都比空載時(shí)高很多。

　　該發(fā)電機(jī)在（t/o=1.05f/N）空載運(yùn)行時(shí)，定子端部最高溫升為14.4K；在（/K=1.0/N）短路運(yùn)行時(shí)定子端部最高溫升為8.4K.均低于設(shè)計(jì)計(jì)算值（27.8K）。

　　該發(fā)電機(jī)在空載與短路運(yùn)行時(shí)的定子端部溫升分布規(guī)律是基本相同的。即以邊段鐵芯為最高，壓指次之，磁屏蔽的溫升最低。其溫升最高點(diǎn)都是邊段鐵芯齒頂處，且空載、短路時(shí)最高溫升點(diǎn)與其它各點(diǎn)的溫升相差不大。

　　發(fā)電機(jī)在空載與短路工況下定子邊段鐵芯和壓指的磁密很高，短路運(yùn)行時(shí)磁屏蔽各點(diǎn)的磁密亦很大；但整個(gè)端部溫升均不高（最高為14.4K）�？梢妼�(duì)于定子端部（鐵芯及結(jié)構(gòu)件）來說，0.4MPa氫壓下氣隙及端部進(jìn)風(fēng)量是足夠的，且分布均勻，冷卻效果好。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果該發(fā)電機(jī)定子端部最篼溫升點(diǎn)（邊段鐵芯）為14.4K.如考慮冷卻氫氣溫度高到46：時(shí)，其邊段鐵芯最高溫度為60.4，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于B級(jí)絕緣溫度限值（130）。定子端部鐵芯及結(jié)構(gòu)件無(wú)過熱現(xiàn)象。

　　所以，通過試驗(yàn)可認(rèn)為哈電公司生產(chǎn)的QFSN-650-2型汽輪發(fā)電機(jī)的定子端部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠。發(fā)電機(jī)定子端部鐵芯及結(jié)構(gòu)件均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。