尼尔基水电站发电机定子铁损试验

李玉岩，张庆朋，姚 远

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

1 概 述

尼尔基水利枢纽水电站位于嫩江干流黑龙江和内蒙古交界的河段上，总装机容量为4×62.2 WM，发电机定子重135.26 t，机座外径12.40 m。由于外径大，在制造厂做成六瓣，运到工地后组装成型。定子铁芯采用DW 275-50冷扎无取向高导磁硅钢片，厚度为0.5 mm。硅钢片两面涂F级绝缘漆，全圆由45张扇形片组成。定子叠片组装在现场进行，为检查硅钢片质量和叠装工艺和压紧情况，需要进行铁损试验。

2 铁损试验

2.1 试验目的

定子铁损试验的目的，就是检查硅钢片在设计制造、现场堆积、压紧等整体质量，检查铁片间是否有短路现象，绝缘是否良好。发电机定子铁芯是由薄硅钢片现场叠装而成，在铁芯硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，造成短路现象从而引起铁芯过热，导致线圈温度过高而使其绝缘损坏击穿，威胁机组安全运行，在定子铁芯现场组装完成后必需进行定子铁芯铁损试验。

2.2 试验基本原理及方法

在发电机定子铁片堆积、压紧后的铁芯上缠绕励磁绕组，绕组中通入一定的工频电流，使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通，通常取激磁磁感应强度为1～1.2 t，铁芯在交变磁通中产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热，温度很快升高。同时，使那些铁芯中片间绝缘受损或劣化部分产生较大的局部涡流，温度急剧上升，从而找出过热点。

试验中用红外线测温仪或酒精温度计测量定子铁芯、上下齿压板的温度，计算出温升和温差；用红外线测温仪扫描查找定子铁芯局部过热点及辅助测温；在铁芯上缠绕测量绕组，测量其感应电压，计算出铁芯中不同时刻的磁感应强度，并根据测得的励磁电流、电压计算出铁芯的有功损耗。把测量、计算结果与设计要求相比较，来判断定子铁芯的制造、安装整体质量。

3 发电机定子参数及有关计算

3.1 发电机定子参数

发电机型号SF62.5-56/10850，额定功率62.5 MW/71.43 MW，额定电压13.8 kV，额定电流2.98 kA，功率因数0.875(滞后)，定子铁芯外径D1=1085 cm，定子铁芯内径D2=1026 cm，铁芯高度H1=103 cm，通风构高度b=6 mm，定子槽深H2=120.44mm，填充系数k=0.93～0.95。

3.2 有关参数计算

1）定子铁芯轭部有效长度：L=k（H1-nb）=0.95（103-28×0.6）=81.89 cm。

2）定子铁芯轭部宽度：H=（D1-D2）/2-hc=（1085-1026）/2-12.044=17.456 cm。

3）定子铁芯轭部面积：S=L·H=81.89×17.456=1429.47 cm2。

4）励磁绕组匝数：N1=（U1/4.44FSB）×10000=（380/4.44×50×1449.47×1）×10000=11匝（取 10匝）。

5）励磁电流：I=π×(D1-H)H0/N1=3.14×（1085-17.456）×2.3/10=771 A。

6）电源容量：S=U1I=380×771=292.98 kVA。

7）测量绕组匝数：N2≤U2N1/U1=80×10/380=2 匝。

4 铁损试验

尼尔基水利枢纽施工用电高压为10.5 kV，选用1台300 kVA，10.5 kV/400 V的三相电力变压器，供铁损试验用。为使磁通密度尽量均匀，采用10组励磁线圈。按最远端的导线长度绕制，以保证每组线圈中流过基本相同的电流，励磁线圈用50 mm2的单股多芯软电缆绕在包括定子外壳在内的铁芯上，测量线圈选在任意两组励磁线圈的中间部位。励磁线圈和测量线圈的缠绕要拉紧并靠近铁芯，线圈经过棱角处需要加强绝缘。

1）试验所需主要设备：1台三相电力变压器（S7-6/0，4-300 kVA），1台 1000 A 空气开关（10 kV，800 A），0～300 V和0～100 V交流电压表各1块，1块0～10 A交流电流表，1块0.5级低功率瓦特表，频率计1台，标准电流互感器（2000/5）1台，500 mm2单股多芯软电缆400 m，红外线测温仪1台。

2）试验接线如图1所示。

图1 试验接线示意图

3）试验步骤。

根据技术要求，铁芯压紧，机械调整各项工序完成后，才能进行铁损试验。试验之前首先检查试验接线及仪表，并准备好试验记录表格，记录铁芯轭部齿部各测量不为初始温度及环境温度，选择温度测量点，将定子铁芯按24各点等分，在铁芯齿部按圆周30°分上中下放置温度计，在轭部放置6只酒精温度计，并对酒精温度计编号。

合上电源开关，待表计指示稳定后，立即读取各表计指示值，然后迅速切断电源，计算实际磁通密度，若与选定值相符，继续试验，若相差较大，应调整励磁绕组和测量绕组的匝数。

次合上电源，15 min后记录各部温度值，并用红外线测温仪检查定子各部温度，确定出最热点和最冷点，并加放温度计，同时检查铁芯有无松动现象。并随时检查铁芯各部分的发热情况，如有新的过热点，应增放温度计，若发现铁芯任何一处的温度超过规定值或个别地方发红冒烟，应立即停止试验并做好标记。

每隔15 min读取一次各表计和温度计的指示值并记录，90 min时切断电源，结束试验。

5 检测报告

检测环境条件为温度15℃，湿度56%。温度测量检测结果见表1，电量测量计算结果列于表2，齿表温度测量结果见表3。

6 试验结果分析

根据国家标准及厂家技术要求，磁通密度换算到1 T时，不得大于规定值的1.3倍，最高温升不得超过25℃，最大温差不得超过15℃。在90 min试验中，铁芯齿部最大温差7.34℃，单位铁损1.42 W/kg，试验时铁芯无异常发热点，机组无异常声响，符合国家及厂家技术要求，试验通过。

表1 温度检测结果 ℃

表2 电量测量计算结果

表3 齿表温度测量量结果 ℃

尼尔基水利枢纽4号机，3号机，2号机1号机分别于2004年11月到05年11月完成，4台机组铁损试验都顺利通过。