水轮发电机组电动盘车装置设计、调试与应用

范建立 林玉胜

（武汉泰普变压器开关有限公司 武汉）

水轮发电机大修期间，为调整瓦间隙、测量控制导瓦各个方向的摆度，很多情况下需要进行盘车，目前常用的盘车方式是采用桥式起重机通过导链滑轮组进行，此法存在转速不均，不能全范围连续转动，由于水轮发电机转动部分重量达八百多吨安全风险大等不足。为此提出采用电动盘车装置实现发电机盘车功能，同时为满足发电机空载特性试验、短路特性试验和通流干燥等要求，增大电源部分容量，使本装置具有一套装置，多台机组公用，功能全面的特点，适合现场安装、检修时使用。

一、电动盘车装置原理及系统组成

1.装置原理

根据电磁感应原理，载流导体在磁场中会受到力的作用。当在发电机转子绕组中通入直流电流，在定子三相绕组中分别按次序轮流通入直流电流，当电流增大到足以克服转动部分的摩擦力时，发电机的转子就会朝一定方向转动，此时的发电机实际上是一台步进电机，水轮发电机电动盘车装置就是给发电机定子部分、转子部分提供能源的可调直流电源装置。

2.组成和接线

主要设备包括发电机转子励磁电源装置（空载试验、短路试验、干燥用）和发电机定子电源装置（电动盘车、干燥用）。

图1 电动盘车装置接线原理方框图

图2 转子电源系统原理图

发电机转子励磁电源装置由1台隔离变压器（励磁变压器）、1面可控硅全桥整流柜（1套整流电路、控制电路、测量电路等）、连接电缆等组成，其直流输出电源连接至各台发电机零升柜。中央控制室装设1套远方励磁调节、测量、控制装置，可实现远方监控操作。

发电机定子电源装置由1台隔离变压器（励磁变压器）、1面可控硅全桥整流柜（内含3套整流电路和测量电路、1套控制电路等）、连接电缆等组成。为可移动式，盘车时定子电源装置运到某台发电机定子出线合适位置，再通过软电缆分别连接至电源和发电机定子出线。

发电机转子和定子电源装置均由400 V供电。转子电源供电方式固定接于厂用配电室Ⅲ段母线3D4柜D抽屉630 A开关，定子电源部分采取移动供电方式，接于最近的400 A（或以上）备用开关上，图1为电动盘车装置接线原理方框图。

二、盘车装置技术性能、参数和主要功能

1.性能

（1）盘车速度。0.02～0.1 r/min，可调节。

（2）保护性能。具有可调节短路保护、过载保护、可控硅击穿保护等功能。

2.参数

（1）发电机空载试验和短路试验的转子电源。①输入电压：三相交流400 V 50 Hz；②额定输出电压：直流0～300 V连续可调；③额定输出电流：直流1250 A。可在现地（柜上）和远方（如中央控制室）分别进行调节控制，现地可监视测量交流电源侧三相电压、电流和直流侧电压、电流等，中央控制室可监视测量交流电源侧三相电流和直流侧电压、电流等。

（2）发电机盘车定子电源。①输入电压：三相交流400 V 50 Hz；②额定输出电压：直流0～48 V连续可调；③额定输出电流：直流2000 A。可在现地（柜上）进行调节控制，可监视测量交流电源侧三相电压、电流和直流侧电压、电流等。

3.主要功能

（1）发电机定子绕组干燥功能。能对受潮发电机定、转子绕组通直流电进行干燥，电流可调节。

（2）发电机电动盘车功能。当发电机转子通入一定的直流电流，定子三相绕组分相依次通入适当的直流电，可控制发电机转子按一定速度和方向转动，实现电动盘车，其主要功能如下：①盘车装置具有通用性，可以满足多台发电机盘车需要。盘车时发电机定子三相绕组采用三套独立的三相全控桥式整流电路供电，转子绕组采用一套独立的三相全控整流电路供电；②转子和定子电源采用晶闸管桥式可控电路，转子励磁电流和定子三相电流均可以分别连续调节，通过轮流切换定子绕组三相通电顺序从而控制发电机转子快速启动、平稳转动；③盘车装置能满足在拆除数个磁极的情况下仍能进行一定范围的盘车；④盘车装置可通过调节定、转子电流来调整发电机转子运动速度；⑤转子三相交流电源电流，直流电压、直流电流等参数可远程监测、控制。图2、图3分别为电动盘车装置转子和定子电源系统原理接线图。

图3 定子电源系统原理图

三、电动盘车装置的调试及应用

1.小电流负载调试

输出端连接小电流负载，调节电流为10 A左右，试验调节输出电压、电流稳定。

2.大电流负载试验

现场一般难以找到大电流负载，可以用发电机定子和转子绕组作负载进行调试。具体方法是：定子、转子电源的直流输出端与发电机的定子或转子绕组连接，调节电流为100A左右，观察输出电压、电流稳定正常，调节正常。然后调节电流至300A、500A，观察输出电压、电流稳定，调节正常即可。

（1）定子电源柜额定通流能力试验。在上述大电流负载试验正常的情况下调节每相输出电流达到2000 A，观察输出电压、电流稳定，温升正常，调节正常。

（2）转子电源柜额定通流能力试验。在上述大电流负载试验正常的情况下调节输出电流到1000 A以上，观察输出电压、电流稳定，温升正常，调节正常。

3.盘车功能调试试验

在转子回路通入500 A电流维持不变，定子回路三相均调节至600 A，手动操作盘车按钮无法正常启动，说明通入电流太小，不足以克服阻力。将转子及定子回路三相电流均调至800 A，手动按顺序切换盘车启动按钮，发电机转子能够按规定转向均匀转动。

4.在5#机组上的应用

（1）盘车前的准备。①盘车前顶起转子，在推力瓦与镜板间注入洁净的透平油；②各导轴承注入洁净的透平油；③检查定、转子和叶片、转轮室之间的间隙，确认转动部分与固定部分无接触；④在上下导盖板、水导罩壳、镜板下部位，在x、y 90°方向各安装一块百分表；⑤上述测量摆度部位，均分8点并做标号，且上下对应一致。

（2）盘车操作。转子电源部分是固定接线（见图1），定子绕组的A、B、C三相分别接至图3的直流A、B、C点。在分别检查转子和定子电源柜内主回路及控制回路接线端子连接、主回路绝缘、盘内通电检查、电源变压器绕组及铁芯绝缘正常后按盘车技术措施分别将电动盘车装置的转子和定子电源操作至盘车准备状态。投入转子电源装置跳5#机灭磁开关回路压板（转子盘车电源柜保护出口能对盘车中的发电机组灭磁开关进行自动跳闸），在转子盘车电源柜上，按“启动”按钮，“增磁”按钮调节励磁电流为800 A。在定子盘车电源柜选相按钮依次选择“A、B、C相”，并依次按“增磁”按钮，调节输出电流至800 A，分别使发电机开始转动（如不能转动，则增大电流，直至满足要求，也可增大转子电流）。用手持操作器操作，按A、B、C、A…循环进行切换，使发电机转子按顺时针方向转动，当某测点正对Y点时，调整各百分表对零。再按A、B、C、A…循环进行切换，转子每转动1/8圈（10.5个磁极）对准所做标记后停止，记录各百分表测量数值。

（3）盘车数据统计及分析。5#机组电动盘车时，开始转子和定子通入电流为800 A时转动较慢，增加定子电流至1200 A，转动速度满足现场盘车要求。表1～3为5#机盘车实测数据表。

从上述数据看，电动盘车所测得的数据准确可靠，能够真实反映水轮发电机组的安装情况。从机组投入运行后的实际振动摆度情况来看，盘车的结果与实际运行情况一致。

表1 5#机盘车实测数据统计表/0.01mm

表2 全摆度数据统计表/0.01mm

表3 摆度统计计算及分析比较/mm

四、结束语

电动盘车装置实际上是由二套可调节大容量直流电源设备组成，装置的定子电源电压虽然较低，但电流都较大，一般在数千安培；转子电源装置实际与发电机励磁装置一样，可达到250 V/1250 A，因此均采用可控硅调节。本装置除可应用于大型水轮发电机组电动盘车外，还可广泛应用于发电机短路特性试验、空载特性试验、零起升压（流）试验、短路干燥等，对发电机改造施工质量的提高和试验的安全十分有利。

用电动盘车装置转子电源进行发电机零升试验和发电机干燥、用定子电源进行发电机干燥，使用操作简单可靠，可较快熟练掌握应用。但盘车操作时需要正确把握切换时间（切换时间与转子转动速度有关），否则，发电机转子会倒转。

用于电动盘车装置的可控硅调压装置由于受成本因素的限制，其可靠性指标与发电机励磁装置不可比拟，且所用电子元器件如可控硅、励磁调节器、PLC等由于长期不通电使用，其损坏概率反而较高；同时由于是非标产品，一旦发生故障，更换元器件麻烦，检修维护比较困难，因此其维护成本也较高，使用寿命不长。