深圳抽水蓄能电站1号发电机定子磁化试验分析

陈建华，罗佑坤，彭 潜，李德芳

（深圳蓄能发电有限公司，广东省深圳市 518000）

0 引言

深圳抽水蓄能电站发电电动机是由哈尔滨电机厂负责设计和制造，定子机座采用两瓣运输至工地进行焊接拼装，定子铁芯采用50W250型号硅钢片叠合组装而成，叠装完成后必须进行磁化试验，通过实测定子铁芯单位质量的损耗，测量铁轭和齿的温度，检查各部温升是否超过规定值，从而综合判断铁芯片间的绝缘是否良好，以防止发电机在运行中，定子铁芯因局部涡流过大而引起铁芯局部过热，造成烧伤定子绕组或烧伤铁芯事故。依据《发电机定子铁心磁化试验导则》（GB/T 20835—2016），对于水轮发电机，判定铁芯质量主要有两条，一是铁芯最大温升限值≤25K，二是铁芯相同部位（定子齿或槽）温差限值≤15K；除此之外还有一条辅助的铁芯质量判别方法，就是定子铁芯比损耗P1值不大于所用硅钢片的标准比损耗的1.3倍。当铁芯温升超过限值，采用主要判据即可判断铁芯质量有问题，无需再看辅助判据；而当铁芯温升没有超过限值，但是铁芯比损耗P1值大于所用硅钢片的标准比损耗的1.3倍，此时到底该如何判断铁芯质量，却没有相应的规范或指引。本文查阅相关文献资料，结合本工程，对此做了计算、分析，便于大家参考。

1 试验基本原理

定子铁芯缠绕若干个励磁绕组，将交流电流通入励磁绕组，因交流电流在定子铁芯中产生磁场，而产生涡流和铁磁损耗，使铁芯发热，通过测量铁芯总的有功损耗与温度，计算出单位重量铁损与温升，以此判断铁芯叠装质量优劣。

如果铁芯绝缘不好或者铁芯装配质量欠佳，当铁芯通过交变磁通时，涡流损耗会增加，造成局部过热，加速铁芯和线棒绝缘老化，严重时造成铁芯绝缘损坏和线棒击穿事故。

2 试验参数及计算

2.1 定子相关参数

定子铁芯外径：D1=6.630m；

定子铁芯内径：Dil=5.450m；

定子铁芯高度：l=3.2m；

定子铁芯槽深度：hS=0.1751m；

定子通风沟高度：bv=0.006m；

定子通风沟数量：n=70；

定子铁芯叠压系数：k=0.95；

硅钢片密度ρ=7.60×103kg/m3。

2.2 试验相关计算

（1）铁芯有效长度：lu=k（l-nbv）=0.95×（3.2-70×0.006）=2.641m。

（2）铁芯轭部宽度：hys=（D1-Dil）/2-hs=（6.630-5.450）/2-0.1751=0.4149m。

（3） 铁芯有效截面积：Q=luhys=2.641×0.4149=1.0958m2。

其中：U1=10000V，f=50Hz，B=1.0T（厂家数据）。

（5）励磁绕组电流：I=π（D1-hys）H/W1=3.14×（6.63-0.4149）×200÷42=92.93A。

其中：H最大值=200（厂家数据）。

（6）所需电源容量：S=KSU1I×10-3=1.1×104×92.93×10-3=1022.2kVA[依据《发电机定子铁芯磁化试验导则》（GB/T 20835—2016）第4.3节，ks取1.1]。

（8）定子铁芯轭部质量：m=π（D1-hys）Qρ= 3.14×（6.63-0.4149）×1.0958×7.60×103=162525.9kg。

3 试验设备及过程

3.1 试验设备

试验设备及型号见表1。

表1 试验设备及型号Tab.1 Test equipment and model

3.2 试验接线

将励磁电缆分三组，每组14匝对称缠绕在定子铁芯上，接线原理见图1。

图1 试验原理接线图Fig.1 Wiring diagram of test principle

3.3 试验过程

（1）记录铁芯各测量部位的初始温度及环境温度。

（2）合高压开关，严密监视各电压、电流、功率值，观察定子铁芯各部位声音及振动情况。

（3）通电1min，跳开高压开关，检查无异常情况。

（4）重新开始铁损试验90min。每隔10min记录一次各测量表计读数和温度值。用红外测温仪测量铁芯表面温度，准确记录。

（5）达到试验时间后，切断电源、结束试验。

4 试验结果及分析

4.1 试验结果

铁损测量见表2，温度测量见表3。

4.2 数据分析

从表3可知，铁芯最高温升9.55K，铁芯相同部位（定子齿或槽）最大温差7.95K。依据《发电机定子铁心磁化试验导则》（GB/T 20835—2016）铁芯质量判别标准，铁芯最高温升≤25K，铁芯相同部位（定子齿或槽）最大温差≤15K，可知铁芯温升和温差均优于标准值，说明铁芯片间绝缘良好，现场铁芯叠片工艺和质量符合要求。

从表2可知，折算到高斯单位铁损P10的最小值是1.33683W/kg，最大值是1.38284W/kg，平均值是1.35877W/kg。依据《发电机定子铁心磁化试验导则》（GB/T 20835—2016）铁芯质量辅助判别方法，定子铁芯比损耗P10值不大于所用硅钢片的标准比损耗的1.3倍即P10≤1.3P10/50。50W250型号硅钢片P10/50为1.05W/kg，也就是说折算到高斯单位铁损应不大于1.365W/kg。表2中的10个结果值有5个超过1.365W/kg，如果按照该判定方法，可以判定铁芯质量有问题，但是从上述温升和温差判定铁芯质量无问题，至于到底有无问题，笔者通过查阅相关资料，进行进一步论证：

表2 铁损测量Tab.2 Iron loss measurement

表3 温度测量Tab.3 Temperature measurement

从铁芯质量计算公式可以看出，该公式计算了铁芯轭部质量，铁芯的齿部质量并未计算在内，总的铁芯质量偏小，为了准确计算铁芯质量，采用下面公式[2]：

式中G0——单片铁芯冲片平均重量；

l——铁芯外圆周长；

l0——单片冲片平均外圆弧周长；

h——铁芯高度；

k——叠压系数；

b0——单片铁芯冲片平均厚度。

为此，笔者从2号定子冲片中随机抽取20片相同规格的定子冲片，通过实际测量和计算：

根据该铁芯质量，重新计算单位损耗，修正表2得到表4。

表4 铁损测量修正值Tab.4 Correction of iron loss measurement

通过铁芯质量的精确计算，修正之后的值P10值完全满足P10≤1.3P10/50，辅助判据判定结果仍然是合格，与主要判据判定结果一致。

5 结束语

磁化试验是考核发电机定子铁芯质量的主要手段，铁芯温升和温差作为主要判据，铁芯比损耗作为辅助判据。当主要判据判定合格而辅助判据判定不合格时，如何打消疑虑？笔者通过重新计算铁芯总质量进行计算分析，证明铁芯质量仍然合格。以本工程为例，希望对碰到类似情况的磁化试验有借鉴和参考意义。