凌津滩水电厂1号水轮发电机定子铁芯损耗试验

陆　荃，唐　伟，张渝志

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

凌津滩水电厂1号水轮发电机定子铁芯损耗试验

陆荃，唐伟，张渝志

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

摘要：介绍了凌津滩水轮发电机定子铁芯损耗试验参数计算方法，试验步骤，试验注意事项，试验数据分析及试验结果判断等。在试验过程中如果出现试验数据与计算相差较大，可通过改变励磁线圈匝数来达到试验要求磁通，从而满足试验条件。通过试验数据分析，来判断水轮发电机定子铁芯的安装工艺质量水平，是否满足机组安全运行要求。检查机组长期运行后，铁芯是否松动，是否有内部短路、局部过热等缺陷。为了分析比较，在对应拧紧铁芯紧固件后，进行了3次铁芯损耗试验。

关键词：定子；铁芯损耗；试验

1　引言

凌津滩电厂发电机组由日本日立公司生产，定子机座由4瓣组成，外径Ф7 700mm，机座净高3250mm。定子铁芯内径Ф6 470mm，外径Ф6 940 mm，铁芯高度1 650mm，定子总重约125 t。铁芯共由28小段组成，中间有24层通风槽片，铁芯共342槽。

1999年至2002年之间，机组运行中相继发生过转子磁极阻尼条损坏、转子支臂断裂、转子中心体辐板轴颈裂纹等发电机方面的重大问题。2010年2月，又相继发现1号、2号、3号、4号机定子线棒槽底垫条、槽壁填充物窜出线槽、定子铁芯齿压条移位等问题，鉴于以上问题，电厂决定对1号机组定子线棒整体进行更换，更换线棒后通过铁损试验来发现铁芯硅钢片间绝缘是否良好，螺栓是否坚固等，从而保证铁芯安全稳定运行。

2　试验目的

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，从而造成片间短路。为了防止运行中因片间短路引起局部过热，威胁到机组的安全运行，鉴于1号机出现的问题，结合下半年进行A级检修，对机组铁芯进行铁损试验，以检查铁芯片间绝缘是否短路，压紧螺栓是否紧固，以确保机组安全稳定运行。

试验中，测量定子铁芯的总有功损耗及定子铁芯等各部位的温度，查找局部过热点，利用测量数据而计算出铁芯的单位损耗及温升，发现可能存在的局部缺陷，综合判断更换线棒后定子铁芯的质量是否符合要求。

3　试验基本原理

在吊出的发电机定子铁芯上缠绕励磁绕组，绕组中通入交流电流，使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通，从而在铁芯中产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热。同时铁芯中片间绝缘受损或劣化部分产生较大的涡流，温度很快升高，采用红外线测温仪查找局部过热点，用点温枪精确定位铁芯损坏之处。

在铁芯上缠绕测量绕组，测量其感应电压，计算出铁芯总的有功损耗。根据测量结果与原始数据进行比较，来判断定子铁芯的制造、安装质量。

4　试验参数

4.1励磁电源选择

根据电厂现场条件，试验电源开关选择5号厂用变TS45低压侧开关100（默勒SV-2000、IN2000、TS45B型号SCR-1000/10.5、容量1000kVA；低压电流1443.4 A、高压电流55 A），退出Ⅱ、Ⅴ联络开关104；Ⅲ、Ⅴ联络开关106。电缆从公用厂用配电室TS45低压侧开关100下端引出沿通道直接到达试验场地（主安装场）。

4.2试验参数计算

4.2.1机组定子铁芯断面（如图1）。

4.2.2定子铁芯基本参数（见表1）

表1　定子铁芯基本参数

4.2.3参数计算

励磁导线的选择：按每4.0A/mm2计算，所需励磁电缆芯线截面积为358/4.0=89.5mm2，拟选用1根120mm2电缆进行缠绕。预计电源侧到定子铁芯单根电缆长度为130m，缠绕于定子铁芯的长度约为80m，总长约为350m。

5　试验流程

5.1准备工作

（1）对定子进行彻底的清扫，全面检查机座和铁芯；

（2）检查通风沟、上下端部等位置、各环板间，保证各处无残留金属物件；

（3）完成紧固定子铁芯所有拉杆螺丝等全部机械工作；

（4）用50mm×5mm的扁钢将定子机座可靠接地，接地点在±Y方向两点；

（5）检查试验仪器、仪表满足试验要求；

（6）检查供电电缆是否已具备试验条件，TS45B高压侧开关的保护根据需要再进行重新整定；

（7）试验用电源的开关经调试合格，然后不带负荷分、合闸操作3次，正常；

（8）准备4台对讲机和4个手电筒，低压侧开关100现场有专人进行监护。

5.2试验布置

（1）试验区域布置见图2。

（2）在测量区域设置2张桌子，放置测量仪表，按图4接线。

（3）励磁电源布置：铁损试验在安装场进行，电缆从公用厂用配电室TS45低压侧开关100下端引出，沿通道直接到达试验场地（主安装场）。

图2　试验区域布置

（4）励磁线圈布置：按图4在定子铁芯截面的+X方向缠绕12匝励磁线圈，为了试验期间可能需要的绕组数的变更，励磁电缆长度需留有缠绕定子铁芯2圈约20m的余量。

（5）温度的测量：采用红外测温对铁芯的上部、中部、下部（如图3）表面进行扫描，进行初步判断，发现异常区域采用点温枪进行测量、重点监视各过热区域的温度。

（6）测量线圈的布置：在铁芯定子的+Y或-Y的一个方向内布置测量线圈，测量线圈采用2.5mm2的导线，按图4缠绕，绕4匝，分别引至U21与U22并接线。测量线圈和励磁电缆应成90°的方向布置，且测量线圈缠绕于铁芯槽内。

（7）试验中，试验区域封闭。

5.3温度测量点布置图（见图3）

图3　测量布置剖面图

5.4试验接线（见图4）

图4　试验接线图

5.5试验过程、试验终止及开始

5.5.1试验过程

（1）试验有关人员全部就位；

（2）试验过程中，关闭有可能照射到定子铁芯上的所有照明；

（3）预合试验电源开关给铁芯励磁，观察铁芯及测量表计有无异常，然后分断断路器；

（4）各部位正常以后，记录好初始值，合试验用开关，同时开始计时；

（5）每隔15min记录读数，并用红外测温仪随时监测各部位温度，选择7到8个位置测量上、中、下部的测温进行记录。

（6）试验过程中温度控制：

a）定子铁芯各部分的最高温升不超过25K（与试验开始前同一部位进行比较温度变化）；

b）定子铁芯最高齿温差不超过15K（在试验同一部位测量点的温差）；

c）定子机座最高齿温差不超过15K；

d）冷轧硅钢片单位铁损与出厂标准进行数据比较。

若不能满足要求，需立即向总指挥汇报，由总指挥结合各部位情况决定是继续试验观察还是终止试验，进行检查。

（1）整个试验持续90min,试验完毕断开励磁电源。

（2）铁损试验合格后，重新检查压紧螺杆力矩值，如果力矩值减小，重新拧紧压紧螺杆。

（3）整个试验完成以后，所有试验设备撤除、退场，然后将试验区域清理干净。

5.5.2试验终止及开始

（1）试验终止及重新开始必须由试验总指挥下令，一般情况下，其他人无权下令终止或重新开始试验。

（2）下列情况下，试验终止：

a）整个试验持续90min；b）折算到1T时，铁芯的最高温升超过25℃；c）折算到1T时，铁芯或机座间的最高温差超过15℃；

d）试验过程中有局部打火、发红甚至冒烟或振动过大等现象发生；

（3）重新开始试验

当试验因异常情况终止后，应检查处理异常点。处理完后经电厂、项目部各方检查验收认为合格后，方可重新开始试验。

5.6试验条件

为了比较，铁芯铁损试验共进行了3次。第1次试验条件为：定子吊入安装场，定子未做任何处理；第2次试验条件为：定子线棒全部抽出，铁芯拉紧螺杆未更换；第3次试验条件为：定子线棒抽出，铁芯拉紧螺杆更换拉紧后。

6　试验结果整理及分析

6.1试验结果分析

有关公式：

第1次试验过程中，首先按方案计算值，取励磁线圈12匝，测得励磁电流为180A，励磁电压为318V通过计算，实际高斯值1=318×104（/12×1315.23× 4.44×50）=9 076（GS），为满足试验条件≥10 000 （GS），将励磁线圈减少2匝，取10匝，测得励磁电流295 A，励磁电压为300 V通过计算，实际高斯值2=300×104（/10×1 315.23×50×4.44）=10 275（GS）满足试验条件。在10 000高斯时，铁芯的损耗值为0=×（10 000/1）2=31.14（kW）

表2　铁芯最终温度情况表（起始温度：11℃，环境温度：11℃）

表3　试验测量数据表

试验中用红外热象仪进行铁芯表面温度测量，铁芯表面铁齿起始温度：11℃，环境温度：11℃，试验结束，铁芯最高温度：25.8℃铁芯最高温升为14.8K≤25K，符合标准要求，铁芯齿的最大温差为7.6K≤15K，符合标准要求

第2次试验数据见表4。

表4　铁芯损耗结果（开始时间01月01日15:20）

表5　试验铁芯最终温度情况表（起始温度：8.4℃，环境温度：8.4℃）

第3次试验数据见表6。

表6　铁芯损耗结果（开始时间01月06日11:40）

表7　试验铁芯最终温度情况表（起始温度：7.4℃，环境温度：7.4℃）

6.2技术总结

（1）从3次试验数据来看，没有抽出定子线棒时铁芯铁损功率与视在功率均较抽出定子线棒的铁芯大得不多，这说明有定子线棒存在时励磁线圈的磁漏对试验影响较小可以忽略，线棒的发热应消耗一部分有功功率。

（2）从更换铁芯拉紧螺杆前后的试验数据来看，更换后励磁绕组的电压与电流数据较更换前略为增加，说明铁芯在拉紧螺杆紧固后铁芯的导磁能力略为增加，同时也增大了铁芯的功率损耗。

（3）励磁电流计算值与实际电流值相差较大，个人认为是磁化力系数取得较大，实际0=×1/π （2-a）=302×10/3.14×（694-9.8）=1.4(A/cm)，这与计算取值2.0A/cm减少了30%，考虑可能是出厂时试验所选用的是专用试验变压器，励磁线圈较少，相同的磁通时电流就较大，所以磁化力系数就取得较大，而我们在以后同类型试验时可适当减小磁化力系数的取值，以减小对大电缆，大容量试验变的选择，节省资源。

（4）由于电源距铁芯距离较远，励磁电缆本身的压降为80~100V，为了保持铁芯的磁通密度为1T左右，实际的励磁绕组匝数较计算值减小了3匝。

7　结束语

水轮发电机定子铁芯损耗试验是个大型试验，铁芯的磁通密度受到铁芯的尺寸、励磁绕组的缠绕方式、试验电源电压、电缆型号等多种因素影响，实际操作可能与计算值不一样，需要根据实际测量情况，改变相应的试验参数，才能保证试验的准确性。在测温方面，红外成像仪和红外测温仪的应用，比原来温度计和测温贴片测量要安全便捷，红外成像后，高温差点一目了然，可视性较好，是一种不错的测温手段。另外补充一点，试验测量用的表计一定要事先校验准确，试验过程中的读数也必须准确，一定要尽量避免人为因素的影响。

参考文献：

[1]陈天翔，王寅仲，海世杰.定子铁芯试验.电气试验[M].2版.北京：中国电力出版社，2008.

[2]李建明，朱康.发电机定子铁芯损耗试验.高压电气设备试验方法[M].2版.北京：中国电力出版社，2001.

中图分类号：TV734

文献标识码：A

文章编号：1672-5387（2015）08-0022-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.007

收稿日期：2015-05-04

作者简介：陆荃（1983-），男，技师,从事高压试验工作。