飛來峽機(jī)組阻尼條熔斷的設(shè)計(jì)分析(1)

1、飛來峽機(jī)組阻尼條熔斷的設(shè)計(jì)分析(1)    摘要：介紹飛來峽組磁極阻尼條熔斷情況，并從機(jī)組的基本設(shè)計(jì)出發(fā)，重新進(jìn)行了電磁計(jì)算，特別采用有限元方法對(duì)瞬變電磁場(chǎng)、采用國(guó)際流行的商業(yè)軟件ansys對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行理論計(jì)算，借助于國(guó)內(nèi)對(duì)此類機(jī)組設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，從阻尼繞組設(shè)計(jì)、定子槽數(shù)及氣隙設(shè)計(jì)、齒諧波及斜槽設(shè)計(jì)、阻尼系統(tǒng)損耗、電磁振動(dòng)等方面綜合分析問題所在，并提出解決方案。 關(guān)鍵詞：飛來峽發(fā)電機(jī)組磁極阻尼條諧波振動(dòng)電蝕  前言 飛來峽機(jī)組是由奧地利的依林（elin）和奧鋼聯(lián)（mce）合作生產(chǎn)的貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，電廠裝機(jī)為4臺(tái)35.5mw，分別于99年7、8、

2、9投入運(yùn)行。01年11月，在對(duì)2#發(fā)電機(jī)進(jìn)行第二次計(jì)劃性檢修中，發(fā)現(xiàn)全部72個(gè)磁極中有10個(gè)磁極都出現(xiàn)第三根阻尼條（旋轉(zhuǎn)方向最后一根）的中部熔斷的嚴(yán)重現(xiàn)象。我們立即對(duì)1#、3#、4#機(jī)進(jìn)行了檢查，也發(fā)現(xiàn)第三根阻尼條均有過熱現(xiàn)象；再檢查發(fā)電機(jī)的保護(hù)，結(jié)果表明保護(hù)整定值均符合廠家的要求，未出現(xiàn)變值和誤動(dòng)作情況；全面檢查一年來的運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，也未發(fā)現(xiàn)負(fù)序及失磁保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組在運(yùn)行過程中也沒有出現(xiàn)過三相不平衡及短路現(xiàn)象。飛來峽發(fā)電機(jī)組的阻尼條熔斷事故規(guī)律性強(qiáng)，特征典型，筆者曾主設(shè)過燈泡式水輪發(fā)電機(jī)，現(xiàn)結(jié)合我局會(huì)同有關(guān)設(shè)計(jì)單位的計(jì)算提出掘見，愿此分析不僅有助于飛來峽發(fā)電機(jī)組具體事故的處理，同時(shí)對(duì)其它電站

3、類似問題處理及貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)也具有借鑒作用。發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)電磁參數(shù)發(fā)電機(jī)型號(hào)：sv725/72-183，燈泡貫流式機(jī)組短路勵(lì)磁電流:561.7a    空載勵(lì)磁電流:580.4a  定子：  槽數(shù)z1=324   鐵芯內(nèi)徑d1=736 mm          槽距 t1=71mm  槽寬 bn=26 mm阻尼條：3*16 mm  阻尼孔距t2 =64.1mm  單邊氣隙=9 mm2  &

4、#160;   機(jī)組磁極故障情況在01年11月對(duì)2#發(fā)電機(jī)進(jìn)行第二次計(jì)劃性檢修中，發(fā)現(xiàn)一臺(tái)機(jī)的全部72個(gè)磁極中，有10個(gè)磁極出現(xiàn)第三根阻尼條中部熔斷（見圖1），大部分阻尼條都出現(xiàn)斷裂，槽口撐破，斷裂主要從阻尼導(dǎo)體軸向的中部開始，阻尼條擠出槽口后，在氣隙中擠壓變形，甚至有些甩出，即使未斷裂的阻尼條也已明顯可見從槽口處變形凸起（呈吐舌狀）；其余磁極的阻尼條雖然沒有熔斷，但也有多處過熱現(xiàn)象，所有磁極的過熱程度均以順旋轉(zhuǎn)方向第三根（最后一根）最為嚴(yán)重。我們即時(shí)對(duì)另外對(duì)1#、3#、4#發(fā)電機(jī)的磁極進(jìn)行的仔細(xì)檢查，雖未發(fā)現(xiàn)有銅塊掉落的現(xiàn)象，但對(duì)各拔出的兩個(gè)對(duì)稱磁極進(jìn)行檢查中，都發(fā)現(xiàn)第三

5、根阻尼條處均有過熱現(xiàn)象，說明存在潛在性的缺陷。檢修人員對(duì)2#發(fā)電機(jī)的保護(hù)進(jìn)行了全面檢查，保護(hù)整定值均符合廠家的要求，未出現(xiàn)變值，并且動(dòng)作正確。調(diào)閱一年來的運(yùn)行記錄數(shù)據(jù)，保護(hù)動(dòng)作記錄未發(fā)現(xiàn)負(fù)序及失磁保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)負(fù)序電流并沒有超過整定值，或者三相不平衡及短路現(xiàn)象。圖1 阻尼條從槽口斷裂、甩出至本文撰寫即03年3月，1#、3#機(jī)組的阻尼條也熔斷，各機(jī)組到出現(xiàn)問題的運(yùn)行時(shí)間分別為：1#機(jī)1.98、2#機(jī)1.2、3#機(jī)1.7萬小時(shí)。3 原因分析由于飛來峽機(jī)組的阻尼條熔斷臺(tái)機(jī)類似，屬于典型、規(guī)律性的案例，所以我們從基本電磁方案設(shè)計(jì)和電磁場(chǎng)理論入手分析探討。3.1 阻尼繞組設(shè)計(jì)飛來峽機(jī)組定子為324槽，

6、槽距為71mm，轉(zhuǎn)子每極阻尼為3根，槽距為64.1mm，槽配合t2/t1=0.90。t2/t1的大小影響氣隙諧波，按國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)一般選在0.720.85。假設(shè)氣隙均勻，對(duì)定、轉(zhuǎn)子不同槽配合情況下的磁導(dǎo)諧波進(jìn)行分析。通過數(shù)值計(jì)算表明，t2/t1在接近于1和0.5時(shí)，磁導(dǎo)波形畸變率都將增大（見表1）。表1 定轉(zhuǎn)子槽距比對(duì)波形畸變率的影響3.2 定子槽數(shù)及氣隙設(shè)計(jì)          圖2   空載磁場(chǎng)分布       &#

7、160;              圖3   負(fù)載磁場(chǎng)分布通常情況下，電機(jī)氣隙大小的選擇對(duì)磁場(chǎng)的諧波情況影響很大。定子的磁勢(shì)諧波與磁導(dǎo)諧波，經(jīng)過氣隙將迅速衰減，通常的設(shè)計(jì)取。當(dāng)氣隙較大時(shí)，定子諧波傳到轉(zhuǎn)子時(shí)，經(jīng)衰減變得很小。飛來峽機(jī)組的=2.9, 上圖2、圖3分別是經(jīng)有限元計(jì)算得出的空載和負(fù)載的磁場(chǎng)分布，由此可見由于定了氣隙偏小，因而到達(dá)轉(zhuǎn)子的定子諧波仍然較大。3.3 齒諧波及斜槽設(shè)計(jì)磁勢(shì)諧波波譜中不僅有奇數(shù)次諧波，而且有偶數(shù)次諧波（其中影響最大

8、的為齒諧波）。偶數(shù)次諧波不會(huì)在定子繞組中產(chǎn)生電勢(shì)，但卻會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組和鐵心中產(chǎn)生損耗，增加發(fā)熱，并引起轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與振動(dòng)。磁勢(shì)諧波分析的結(jié)果如圖4所示，可見選擇一個(gè)槽距的斜槽位移可以最大限度地抑制磁勢(shì)齒諧波。飛來峽機(jī)組定子每極每相槽數(shù)為、線棒斜半個(gè)槽距，其一階齒諧波幅值較大。            圖4 各次諧波磁勢(shì)幅值的分布圖（%）采用瞬變電磁場(chǎng)的方法，對(duì)飛來峽機(jī)組運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)子阻尼繞組損耗計(jì)算，從見表2的結(jié)果可見第三條阻尼條（其排列見圖5）的諧波損耗很高。 表2 

9、阻尼條損耗計(jì)算結(jié)果  圖5 阻尼條編號(hào)示意圖圖6 電磁力與離心力的關(guān)系示意圖3.5 電磁振動(dòng)分析1) 負(fù)序磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生100hz的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，引起200hz頻率的電磁振動(dòng)，但飛來峽機(jī)組運(yùn)行記錄未出現(xiàn)負(fù)序電流過大的情況；2) 阻尼條諧波電流引起的高頻振動(dòng)。當(dāng)阻尼條諧波電流較大，而貫流式機(jī)組的轉(zhuǎn)子直徑較小，會(huì)產(chǎn)生的阻尼條振動(dòng)；3) 諧波磁場(chǎng)如5次與7次諧波在轉(zhuǎn)子上感生300hz頻率的磁場(chǎng)，并產(chǎn)生600 hz頻率的電磁振動(dòng)。這些振動(dòng)都可能造成阻尼系統(tǒng)的損傷。用有限元對(duì)飛來峽機(jī)組阻尼條電磁力計(jì)算結(jié)果如表3所示。在額定運(yùn)行情況下，阻尼條離心力的計(jì)算結(jié)果為640n，可見第三根阻尼條的電磁力遠(yuǎn)大于離心力，這樣就造成了第三根阻尼條在運(yùn)行時(shí)的劇烈振動(dòng)（見圖6）。表3  阻尼