范 林，趙海濤，李新平，李 慶，趙東慧

(1.河北西柏坡發(fā)電有限責任公司，石家莊 050400；2.河北電信設計咨詢有限公司，石家莊 050021)

1 概述

發(fā)電機定子鐵心是由硅鋼片疊壓組裝而成，由于裝配和制造的原因以及運行中的熱和機械力的作用，造成硅鋼片片間絕緣損壞，鐵心局部短路發(fā)熱，嚴重時會損壞定子線棒絕緣，造成停機事故。河北西柏坡發(fā)電有限責任公司(簡稱“西柏坡電廠”)共有哈爾濱電機廠生產(chǎn)的QFSN-300-2型汽輪發(fā)電機4臺，QFSN-600-2YHG型汽輪發(fā)電機2臺，在歷次的大修中，發(fā)現(xiàn)300 MW發(fā)電機定子鐵心多次發(fā)生齒部折斷、片間磨損、過熱等缺陷。定子鐵心損耗試驗是檢驗發(fā)電機定子鐵心裝配質(zhì)量的重要方法,也是檢驗鐵心自身絕緣性能的重要工序，通過該項試驗能夠發(fā)現(xiàn)定子鐵心存在的缺陷，避免因人為檢查造成的疏漏。為此西柏坡電廠利用6 kV廠用電系統(tǒng)，開展了發(fā)電機定子鐵心損耗試驗，在隨后的發(fā)電機抽轉(zhuǎn)子檢修時作為定檢項目，多次發(fā)現(xiàn)發(fā)電機定子鐵心的隱含問題，并在缺陷處理后進行復測，保證了發(fā)電機大修后，定子鐵心溫升合格，片間絕緣的狀態(tài)良好。以下以西柏坡電廠的QFSN-300-2型3號汽輪發(fā)電機為例進行分析。

2 試驗方案

2.1 可行性分析

2.1.1 電源容量及運行方式

發(fā)電機所處12.6 m平臺，6 kV配電室位于其下方6.5 m的平臺上，電源選取方便，啟動備用變壓器為有載調(diào)壓，系統(tǒng)電壓調(diào)整方便。由于采用6 kV電壓，勵磁電流相對較低，可降低勵磁電纜截面，便于纏繞，還滿足鐵損試驗1.4 T的磁密值。

機組檢修期間，相應的廠用電系統(tǒng)負荷率較低，預留1條6 kV母線作為試驗電源，不影響公用設備的正常用電，20號啟動備用變壓器額定容量：40 000/25 000-15 000 kVA，啟動備用變壓器容量滿足試驗要求。試驗時，將6 kV 3B母線預留,試驗電源取自6 kV 3B段母線U、V相。選用3B循環(huán)水泵斷路器間隔，解除704B斷路器自投。

2.1.2 負序電流

由于試驗電源取自6 kV 3B段母線U、V相，在合閘瞬間及試驗過程中將產(chǎn)生負序電流。根據(jù)對稱分量法估算負序電流的大小：Ia2=1/3(IU+α2IV+αIW)；合閘瞬間勵磁電流按1 000 A計算，則負序電流Ia2應為300 A。

20號啟動備用變壓器的變比為230 kV/6.3 kV，將低壓側(cè)負序電流300 A折算到220 kV 側(cè)為8.2 A。此負序電流由系統(tǒng)及3臺運行機組提供。

系統(tǒng)等值到西柏坡電廠的等值電抗標幺值為0.06(Sj=100 MVA)，西柏坡電廠1臺發(fā)電機變壓器組等值電抗標幺值為0.078，即3臺發(fā)電機變壓器組等值電抗標幺值為0.026。計算得：系統(tǒng)提供2.48 A負序電流，西柏坡電廠3臺運行機組提供5.72 A負序電流，即1臺發(fā)電機提供1.9 A負序電流。西柏坡電廠主變壓器的變比為242 kV/20 kV，將1.9 A負序電流折算到主變壓器低壓側(cè)為22.99 A，遠低于發(fā)電機允許長期運行的0.1Ie。所以發(fā)電機鐵損試驗不會對系統(tǒng)及西柏坡電廠運行機組產(chǎn)生不利影響。

2.1.3 繼電保護

為防止試驗過程中對220 kV系統(tǒng)及1號、2號、4號發(fā)電機造成不利影響，特制定以下保護措施：703B斷路器過流保護,3B循環(huán)水泵綜合保護定值做相應修改;試驗過程中3B循環(huán)水泵差動保護,二單元備用分支差動退出運行;703B斷路器過流保護由13.7 A改為2.5 A，動作延時由2.2 s改為0 s;3B循環(huán)水泵綜合保護定值控制字改為Sd0A=16。試驗結(jié)束后恢復上述保護。

2.2 參數(shù)計算

參數(shù)計算如下：定子鐵心外徑D1=254 cm；定子鐵心內(nèi)徑D2=125 cm；定子鐵心長度L1=520 cm；定子鐵心齒高h1=16.35 cm；通風溝數(shù)n=63；通風溝寬度b=0.8 cm；定子鐵心沿圓周的單位長度所需的磁化力H0=3.3 安匝/cm，定子鐵心填充系數(shù)k=0.93，測量線圈匝數(shù)W2取2匝。

根據(jù)DL 596-1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》要求，試驗時采用的磁通密度B=1.2 T。

定子鐵心有效長度

L=k(L1-n×b)=436.728 cm

定子鐵心有效厚度

定子鐵心有效截面積

Q=L×h=21 028.5 cm2

勵磁線圈匝數(shù)

勵磁線圈匝數(shù)取10匝

定子鐵心平均直徑

Dp=D1-h=205.85 cm

勵磁電流

電源容量

S=U1I×10-3=1 278 kVA

通過上述計算過程，按勵磁電流計算值和勵磁線圈匝數(shù)選擇合適截面的勵磁電纜。并準備交流電壓表、交流電流表、單相瓦特表、電流互感器、紅外測溫儀、紅外成像儀等試驗設備。

2.3 試驗步驟

a. 試驗前停發(fā)電機冷卻水。停發(fā)電機周圍的冷卻風機，以免影響試驗的準確性；試驗中定子繞組用不小于50 mm2裸銅線接地。

b. 試驗負責人聯(lián)系運行人員拉出3B循環(huán)水泵斷路器并停其操作電源，合上斷路器間隔負荷側(cè)接地刀閘后，試驗人員開始接線。

c. 將3B循環(huán)水泵斷路器控制方式改為在試驗地點12.6 m處實現(xiàn)合跳控制。

d. 將勵磁線圈與測量線圈成90°角繞與鐵心圓周(勵磁線圈繞為10匝)，并按試驗接線圖接好線，聯(lián)系運行人員拉開3B循環(huán)水泵斷路器間隔負荷側(cè)接地刀閘并測勵磁線、測量線絕緣電阻。

e. 準備好紅外測溫儀和紅外成像儀，測量鐵心初始溫度和室溫。

f. 試驗負責人聯(lián)系運行人員將3B循環(huán)水泵斷路器推到運行位置，并送上操作電源。試驗過程中的分合斷路器的操作由試驗人員在12.6 m處自行操作。

g. 試驗開始，合上3B循環(huán)水泵斷路器，所有數(shù)值與計算值差距不大時即開始試驗。10 min后，用紅外測溫儀檢查定子鐵心溫度，確定鐵心最熱點和最冷點，同時檢查鐵心齒部有無松動現(xiàn)象。在整個試驗過程中，應隨時檢查鐵心各部發(fā)熱情況，如發(fā)現(xiàn)有新的過熱點，應及時紀錄，如有發(fā)現(xiàn)冒煙或發(fā)紅現(xiàn)象，應立即停止試驗，并對冒煙或發(fā)紅處作好記號并及時處理。

h. 試驗期間每隔10 min紀錄各表計和各部溫度一次，試驗持續(xù)45 min后，試驗人員斷開電源斷路器，結(jié)束試驗。

i. 試驗負責人通知運行人員停3B循環(huán)水泵斷路器操作電源并將其拉開至檢修位置，合上負荷側(cè)接地刀閘后，檢修人員拆線。

3 試驗結(jié)果分析

2012年初西柏坡電廠3號發(fā)電機進行了定子邊段鐵心更換工作，并在鐵心更換前和更換后進行了鐵心損耗試驗，磁通密度接近1.4 T，試驗數(shù)據(jù)見表1。

由表1可以看出，鐵心損耗試驗，能及時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機鐵心存在的問題，并能檢驗發(fā)電機定子鐵心的完整性，保證了檢修質(zhì)量。該試驗方法在西柏坡電廠4臺300 MW和2臺600 MW發(fā)電機檢修中也多次成功應用。

表1 鐵心更換前、后鐵心損耗試驗數(shù)據(jù)

項目勵磁電流/A勵磁電壓/V功率損耗/W磁通密度/GS試驗結(jié)果鐵心更換前192 6 150272 00013 160共有34個段的鐵心齒部溫度脫群鐵心更換后2546 510296 80013 931有19個段的鐵心齒部溫升較高但沒有超過《電力設備預防性試驗規(guī)程》的要求,滿足運行要求

4 試驗注意事項

a. 該項試驗的實施重點在于安全性的控制和試驗過程中的協(xié)調(diào)調(diào)度管理，制訂相關的技術(shù)措施和組織措施，才能保證試驗的順利進行。試驗準備階段需要注意勵磁電纜的選擇，因為試驗時電纜需纏在發(fā)電機本體上，所以電纜的絕緣強度必須高。電纜載流性好，散熱快，便于在發(fā)電機本體上纏繞。電纜為移動敷設，拆裝頻繁，電纜絕緣、護套、導體應具有相應的機械強度。

b. 試驗場地涉及的范圍較大，需要加強現(xiàn)場管理，在電纜敷設通道、電源間隔、發(fā)電機周邊、試驗儀器旁等地點設置必要的圍欄，并由專人監(jiān)護。試驗過程中注意電纜的防護，定子膛內(nèi)應將勵磁電纜和測試線圈用絕緣棒支撐，電纜經(jīng)過的邊角位置應進行防護和固定，檢查接線的正確性，并在試驗前進行6 kV系統(tǒng)額定電壓下的直流泄漏試驗，檢查電纜的絕緣性能。試驗過程中由試驗負責人統(tǒng)一指揮和調(diào)度，進入定子膛內(nèi)應由有實踐經(jīng)驗的試驗人員擔任試驗負責人。