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汽轮发电机转子绕组热变形的故障分析及预防 lEC;INOIOOYINFORMA1ION 动力与电气工程 汽轮发电机转子绕组热变形的故障分析及预防 杨俊东 (南京汽轮电机(集团)有限责任公司江苏南京210037) 摘要:为了保证汽轮发电机的安全运行和电网运行的可靠性,在产品设计和电厂运行过程中,发电机转予绕组热变形是必须要关 注的用题之一.本文简要介绍了引起热变形的主要原因及预防措施. 关键词:汽轮发电机转子绝缘热变形 中图分类号:TM7文献标识码:A文章编号:1672—379l(2O09)0l(a)～0142--02 随着国内的经济发展及居民和工厂的 用电情况,电力系统需要部分大中型汽轮 发电机及燃气轮发电机做调峰运千亍.在调 峰运行中,对发电机组存在着利影响. 其中,由于发电机转子绕组的热变形,从而 使绕组绝缘破坏导致发电机故障,是机组 运行中的最需要注意及维护检修中值得考 虑的问题之一. 1转子绕组热变形的危害 早在30年代末期,汽轮发电机转子绕 组因热应力及机械应力多种因素作用产生 的残余变形～热变形,即引起人们的注 意.在以后的十几年间,国外曾多次报道 过因转子绕组热变形而引起的绝缘故障. 在6O年代,前苏联对所有的TB2l0(J一 2型和TB50…2型氢冷间接冷却的汽轮发 电机工作氢压提高到0.1MPa～0.15MPa, 出力相应提高l0%～15%运行.数年后,发 现转子绕组底部收缩,铜线变形很大.在 绕组端部弯角处,槽底铜线比变形的上层 3～4匝线圈缩短达20～30ram.下层线圈 收缩使绝缘损伤,导致绕组匝问短路. 另一事例是某电厂于l963年～1967 年问,分别扒下5台TB2一l00-2型汽轮发 电机的转子护环检查发现,只有一台转子 绕组铜线变形在5ram范围内,其余几台绕 组铜线变形达l1mm～42mm,同时发现绕 组匝间绝缘被烧焦,铜线颜色变蓝.所有 铜线变形的转子均出现匝间短路…. 近年来,国产机组也出现过绕组端部 图1转子线圈端部外形图 Fig.Theendofrotorwinding 表1 TabIe1 表2 TabIe2 热变形的情况.某电厂出现转子接地故障 后,护环扒下后发现,转子端部线圈出现明 显变形,励端端部线圈变形较轻,汽端端部 线圈变形严重,汽端第4组线圈和第5组线 圈在两个垫块之间,上部大约十层铜线向 转子本体收缩15ram左右;第6组线圈和第 7组线圈除拐角外,上部大约十五层铜线整 体向本体收缩,上面几层铜线收缩量达到 40ram～50ram之间.图l为此次事故转子 端部线圈图. 2运行中转子绕组的受力分析 21摩擦应力 在转子转动时,因离心力产生的摩擦 力,在绕组线匝上产生阻止其沿轴向伸长 的摩擦应力.当转子转速达到额定转速 3000r/rain,任一线匝的离心力为: F=8.8rqL(1) 式中:F为离心力,N; r一为线匝的旋转半径,Cm} q为线匝的截面积,cin; 护环下锅线护环护环下绝缘 //● F \l. X×.h———一FCL图2护环下线圈的受力分析 Fig.Analyzewinding’aloadunderendcap 42科技资讯SCIENCEamp;ECHNOLOGYINFORMATION L为线匝长度,cm. 由任一匝转子绕组导线的自身重量产 生的离心力所引起的轴向摩擦力F.. F=F(2) 式中为线匝与匝间绝缘,顶匝导线 与槽楔下及护环下绝缘的摩擦系数. 摩擦系数的变化范围较大,它与铜线 及绝缘的表面处理及工艺都有关系,其数 值约为0.2～0.25. 摩擦力在线匝上产生的摩擦应力6. 为: 6=Fk/q8.8HrL×10(MPa)(3) 护环下任一线匝在离心力F的作用下 将产生轴向分力F和对护环的垂直压力 F,.图2为端部护环下线圈的受力分析. 轴向分力F.产生的应力a为: 6-8.8rmLXi0Xsine(4) 对护环垂直压力F,产生的摩擦应力a F2 为 6n=8.8”rL×10～XCOSe(5) 式中e为护环的推拔角度. 2.2热应力 运行中的转子实质上承受着三维温度 场.转子绕组的热应力是由周向为铜铁膨 胀差产生的热应力a;径向为不同线匝的 温度不同而产生的热应力d. 轴向为同一线匝各点温度不同产生的 热应力o所组成.这三种热应力力图使线 匝沿轴向伸长.其中热应力a占总热应力 的95%左右. 转子绕组的热应力为: a1=o+G+o(6) 铜铁膨胀差产生的热应力a可用下 动力与电气工程 面公式计算: SClENCEamp;TECHN0L00Y a=AL×E/L(7) △L=cL(tCu--t.)一L(tFe—t.)(8) 式中,△L为铜线对转子本体的相对 伸长量,mm; E为铜线的弹性模量,Ecl.l72× 10~MPa; L为转子的线匝长度,mm;