甘辉霞 王峥 陈铁
摘 要:发电机定子铁芯损耗试验是发电机交接试验中的重要项目之一,可对发电机制造、安装和运行中的缺陷进行检测。本文从实验参数计算、实验接线、实验步骤和实验结果等方面对进行了分析和总结,可有效地提高现场发电机定子铁芯损耗试验水平。
关键词:发电机;定子铁芯;磁化试验
运行中发电机定子铁芯叠片间绝缘一旦发生被破坏,容易发生短路。短路引起会导致铁芯局部过热,进而引发绕铁芯烧损的事故。发电机在安装、检修或运行过程中的受热和受力都可能造成叠片间的绝缘破坏,因此定子铁芯在安装或检修完成后,必须通过铁芯损耗试验(简称“铁损试验”)对铁芯绝缘进行检测[ 1 ]。
1 试验原理和标准
铁损试验通过对定子铁芯持续施加交流电,期间测量铁芯的损耗并监视铁芯温度。交流电产生饱和磁通,该磁通会引起较大的涡流损耗,引发铁芯发热。当局部存在绝缘缺陷时,铁芯温度会出现异常。因此在试验过程中只要温度没有出现异常,即可认定铁芯的绝缘满足标准。
根据现行的标准[ 2-4 ]铁损试验的磁通密度一般取1.0T(最低不小于0.9T)。但为了保证在试验后期仍然具备足够的磁感应强度,计算值可以选为1.1~1.2T [ 2 ],再按照1.0T对试验数据进行折算。试验持续时间为90min,实验期间铁芯齿部的最高温升不超过25K,各齿部的最大温差不超过15K。
2 试验方案
铁损实验接线如图1所示,励磁电缆均匀缠绕铁芯,通过PT和CT对励磁电压和电流进行测量。励磁电源的电压等级、励磁线圈的匝数根据发电机的电压等级和实际尺寸进行计算。
2.2 励磁电压的计算
励磁电源的电压可以选为1 kV、6.3 kV或10 kV,一般根据现场的实际情况确定。电压确定后计算励磁电缆截面和线圈匝数。计算方法如下:
按照公式(4)计算励磁线圈匝数,根据(5)(6)计算励磁线圈电流和试验变压器容量,比较在不同电压下的计算结果确定最终的方案。
2.3 计算实例
对某电厂的发电机进行铁损实驗,表1为某发电机的实际尺寸。通过计算,铁芯的有效断面和励磁线圈安匝数见表2。
励磁电压分别取为1 kV、6.3 kV或10 kV,计算结果见表3。由结果可见,所选电缆截面、接线方式与电压水平有关,电压等级越低,截面越大,接线方式越复杂,考虑到试验的方便性,大型发电机励磁电源的电压根据厂用高压电源选为6kV或10KV [ 2 ] 。
3 试验流程
3.1 试验准备工作
1)励磁绕组放置于齿部,测量绕组放置于槽底,励磁线圈与铁芯之间加垫厚橡皮,励磁电缆和测量电缆拉紧,紧靠定子铁芯。
2)在定子圆周等分布置热电偶进行温度测量,采用远红外测温仪对重点区域进行测量。
3)确保定子基础板与支墩连接稳固,并将定子外壳可靠接地。
4)检查并清除铁芯通风沟及上、下端处可能遗留的金属遗物,检查接线的正确性及接线头是否牢靠。
5)试验需测量励磁绕组与定子铁芯的绝缘电阻;整定好高压开关柜保护装置,检查开关动作可靠;检查线路及高压熔断器,应满足铁损试验的需要。
3.2 试验操作流程
1)记录铁芯的初始温度及环境温度;
2)投电源,监视电压、电流、功率值,各仪表指示值应与估算值无太大差别;观察定子铁芯各部位声音及振动情况,若有冒烟、局部严重发热及异常声响时立即跳开高压开关;
3)通电1分钟,检查有无异常情况;根据电压、电流值核实试验工况,磁通密度应在1T左右,否则应改变励磁绕组匝数。
4)电源持续投入90分钟,每隔10分钟记录一次表计读数和温度值,用远红外测温仪测量铁芯表面温度,找出局部过热点;达到试验时间后,切断电源、结束试验。
3.3注意事项
励磁线圈和测量线圈必须绝缘良好,避免因导线绝缘不良发生对地短路烧伤铁芯;避免用金属物件(如钢尺、无绝缘的电缆、水银温度计等)靠近铁芯,防止金属工具、杂物等落在发电机内;试验设备接地应可靠;当发现数据异常、铁芯松动或通风沟内有残余金属杂物等异常情况时应立即终止试验;试验时保证好施工电源可靠。
4 试验分析
综上所述,铁损试验标准包含以下特点:
1)磁感应强度按1T折算,试验持续时间90min。
2)单位铁损应符合制造厂规定,由于大中型机组的定子铁芯均是现场叠压,且使用不同牌号的进口硅钢片, 控制值按材料的特征单位损耗乘以系数得到。
3)很难直接从单位损耗中作出有效判断,因此国际标准IEC、IEEE中均未把单位损耗作为试验判据,必须结铁芯的温度进行判断。
4)铁芯最高温升不得超过25K;相互间最大温差,不得超过15K,或热点温度不超过平均温度10K以上;温差以同一测量手段测得的数据计算得到。铁芯与机座的温差符合制造厂规定。
参考文献:
[1] 李建民,朱康.高压电气设备试验方法[M].北京:中国电力出版社,2001.
[2] GB50150—2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准.中国计划出版社,2006.
[3] DL/T5420-2009 .水轮发电机定子现场装配工艺导则.中国电力出版社,2009.
[4] GB/T8564—2003.水轮发电机安装技术规范》中国标准出版社,2003.
[5] 徐鸣琴,杨浩忠.三峡左岸电站大型水轮发电机定子铁心磁化试验.水电站机电技术,2005(2).
作者简介:
甘辉霞(1974-),女,汉族,湖北公安人,硕士,高级职称,研究方向:电气工程。
注:本文由面向设备的水电站辅助设备仿真研究(宜昌市自然科学研究与应用项目A15302a11)资助。