陸　荃，唐　偉，張渝志

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

凌津?yàn)┧姀S1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn)

陸荃，唐偉，張渝志

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

摘要：介紹了凌津?yàn)┧啺l(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算方法，試驗(yàn)步驟，試驗(yàn)注意事項(xiàng)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及試驗(yàn)結(jié)果判斷等。在試驗(yàn)過(guò)程中如果出現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算相差較大，可通過(guò)改變勵(lì)磁線圈匝數(shù)來(lái)達(dá)到試驗(yàn)要求磁通，從而滿足試驗(yàn)條件。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，來(lái)判斷水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯的安裝工藝質(zhì)量水平，是否滿足機(jī)組安全運(yùn)行要求。檢查機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行后，鐵芯是否松動(dòng)，是否有內(nèi)部短路、局部過(guò)熱等缺陷。為了分析比較，在對(duì)應(yīng)擰緊鐵芯緊固件后，進(jìn)行了3次鐵芯損耗試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：定子；鐵芯損耗；試驗(yàn)

1　引言

凌津?yàn)╇姀S發(fā)電機(jī)組由日本日立公司生產(chǎn)，定子機(jī)座由4瓣組成，外徑Ф7 700mm，機(jī)座凈高3250mm。定子鐵芯內(nèi)徑Ф6 470mm，外徑Ф6 940 mm，鐵芯高度1 650mm，定子總重約125 t。鐵芯共由28小段組成，中間有24層通風(fēng)槽片，鐵芯共342槽。

1999年至2002年之間，機(jī)組運(yùn)行中相繼發(fā)生過(guò)轉(zhuǎn)子磁極阻尼條損壞、轉(zhuǎn)子支臂斷裂、轉(zhuǎn)子中心體輻板軸頸裂紋等發(fā)電機(jī)方面的重大問(wèn)題。2010年2月，又相繼發(fā)現(xiàn)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)定子線棒槽底墊條、槽壁填充物竄出線槽、定子鐵芯齒壓條移位等問(wèn)題，鑒于以上問(wèn)題，電廠決定對(duì)1號(hào)機(jī)組定子線棒整體進(jìn)行更換，更換線棒后通過(guò)鐵損試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)鐵芯硅鋼片間絕緣是否良好，螺栓是否堅(jiān)固等，從而保證鐵芯安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2　試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

發(fā)電機(jī)定子鐵芯是由薄硅鋼片現(xiàn)場(chǎng)疊裝而成。在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場(chǎng)疊裝過(guò)程中，可能存在片間絕緣損壞，從而造成片間短路。為了防止運(yùn)行中因片間短路引起局部過(guò)熱，威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行，鑒于1號(hào)機(jī)出現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合下半年進(jìn)行A級(jí)檢修，對(duì)機(jī)組鐵芯進(jìn)行鐵損試驗(yàn)，以檢查鐵芯片間絕緣是否短路，壓緊螺栓是否緊固，以確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

試驗(yàn)中，測(cè)量定子鐵芯的總有功損耗及定子鐵芯等各部位的溫度，查找局部過(guò)熱點(diǎn)，利用測(cè)量數(shù)據(jù)而計(jì)算出鐵芯的單位損耗及溫升，發(fā)現(xiàn)可能存在的局部缺陷，綜合判斷更換線棒后定子鐵芯的質(zhì)量是否符合要求。

3　試驗(yàn)基本原理

在吊出的發(fā)電機(jī)定子鐵芯上纏繞勵(lì)磁繞組，繞組中通入交流電流，使之在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生接近飽和狀態(tài)的交變磁通，從而在鐵芯中產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發(fā)熱。同時(shí)鐵芯中片間絕緣受損或劣化部分產(chǎn)生較大的渦流，溫度很快升高，采用紅外線測(cè)溫儀查找局部過(guò)熱點(diǎn)，用點(diǎn)溫槍精確定位鐵芯損壞之處。

在鐵芯上纏繞測(cè)量繞組，測(cè)量其感應(yīng)電壓，計(jì)算出鐵芯總的有功損耗。根據(jù)測(cè)量結(jié)果與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)判斷定子鐵芯的制造、安裝質(zhì)量。

4　試驗(yàn)參數(shù)

4.1勵(lì)磁電源選擇

根據(jù)電廠現(xiàn)場(chǎng)條件，試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)選擇5號(hào)廠用變TS45低壓側(cè)開(kāi)關(guān)100（默勒SV-2000、IN2000、TS45B型號(hào)SCR-1000/10.5、容量1000kVA；低壓電流1443.4 A、高壓電流55 A），退出Ⅱ、Ⅴ聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)104；Ⅲ、Ⅴ聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)106。電纜從公用廠用配電室TS45低壓側(cè)開(kāi)關(guān)100下端引出沿通道直接到達(dá)試驗(yàn)場(chǎng)地（主安裝場(chǎng)）。

4.2試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算

4.2.1機(jī)組定子鐵芯斷面（如圖1）。

4.2.2定子鐵芯基本參數(shù)（見(jiàn)表1）

表1　定子鐵芯基本參數(shù)

4.2.3參數(shù)計(jì)算

勵(lì)磁導(dǎo)線的選擇：按每4.0A/mm2計(jì)算，所需勵(lì)磁電纜芯線截面積為358/4.0=89.5mm2，擬選用1根120mm2電纜進(jìn)行纏繞。預(yù)計(jì)電源側(cè)到定子鐵芯單根電纜長(zhǎng)度為130m，纏繞于定子鐵芯的長(zhǎng)度約為80m，總長(zhǎng)約為350m。

5　試驗(yàn)流程

5.1準(zhǔn)備工作

（1）對(duì)定子進(jìn)行徹底的清掃，全面檢查機(jī)座和鐵芯；

（2）檢查通風(fēng)溝、上下端部等位置、各環(huán)板間，保證各處無(wú)殘留金屬物件；

（3）完成緊固定子鐵芯所有拉桿螺絲等全部機(jī)械工作；

（4）用50mm×5mm的扁鋼將定子機(jī)座可靠接地，接地點(diǎn)在±Y方向兩點(diǎn)；

（5）檢查試驗(yàn)儀器、儀表滿足試驗(yàn)要求；

（6）檢查供電電纜是否已具備試驗(yàn)條件，TS45B高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)根據(jù)需要再進(jìn)行重新整定；

（7）試驗(yàn)用電源的開(kāi)關(guān)經(jīng)調(diào)試合格，然后不帶負(fù)荷分、合閘操作3次，正常；

（8）準(zhǔn)備4臺(tái)對(duì)講機(jī)和4個(gè)手電筒，低壓側(cè)開(kāi)關(guān)100現(xiàn)場(chǎng)有專人進(jìn)行監(jiān)護(hù)。

5.2試驗(yàn)布置

（1）試驗(yàn)區(qū)域布置見(jiàn)圖2。

（2）在測(cè)量區(qū)域設(shè)置2張桌子，放置測(cè)量?jī)x表，按圖4接線。

（3）勵(lì)磁電源布置：鐵損試驗(yàn)在安裝場(chǎng)進(jìn)行，電纜從公用廠用配電室TS45低壓側(cè)開(kāi)關(guān)100下端引出，沿通道直接到達(dá)試驗(yàn)場(chǎng)地（主安裝場(chǎng)）。

圖2　試驗(yàn)區(qū)域布置

（4）勵(lì)磁線圈布置：按圖4在定子鐵芯截面的+X方向纏繞12匝勵(lì)磁線圈，為了試驗(yàn)期間可能需要的繞組數(shù)的變更，勵(lì)磁電纜長(zhǎng)度需留有纏繞定子鐵芯2圈約20m的余量。

（5）溫度的測(cè)量：采用紅外測(cè)溫對(duì)鐵芯的上部、中部、下部（如圖3）表面進(jìn)行掃描，進(jìn)行初步判斷，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域采用點(diǎn)溫槍進(jìn)行測(cè)量、重點(diǎn)監(jiān)視各過(guò)熱區(qū)域的溫度。

（6）測(cè)量線圈的布置：在鐵芯定子的+Y或-Y的一個(gè)方向內(nèi)布置測(cè)量線圈，測(cè)量線圈采用2.5mm2的導(dǎo)線，按圖4纏繞，繞4匝，分別引至U21與U22并接線。測(cè)量線圈和勵(lì)磁電纜應(yīng)成90°的方向布置，且測(cè)量線圈纏繞于鐵芯槽內(nèi)。

（7）試驗(yàn)中，試驗(yàn)區(qū)域封閉。

5.3溫度測(cè)量點(diǎn)布置圖（見(jiàn)圖3）

圖3　測(cè)量布置剖面圖

5.4試驗(yàn)接線（見(jiàn)圖4）

圖4　試驗(yàn)接線圖

5.5試驗(yàn)過(guò)程、試驗(yàn)終止及開(kāi)始

5.5.1試驗(yàn)過(guò)程

（1）試驗(yàn)有關(guān)人員全部就位；

（2）試驗(yàn)過(guò)程中，關(guān)閉有可能照射到定子鐵芯上的所有照明；

（3）預(yù)合試驗(yàn)電源開(kāi)關(guān)給鐵芯勵(lì)磁，觀察鐵芯及測(cè)量表計(jì)有無(wú)異常，然后分?jǐn)鄶嗦菲鳎?/p>

（4）各部位正常以后，記錄好初始值，合試驗(yàn)用開(kāi)關(guān)，同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)；

（5）每隔15min記錄讀數(shù)，并用紅外測(cè)溫儀隨時(shí)監(jiān)測(cè)各部位溫度，選擇7到8個(gè)位置測(cè)量上、中、下部的測(cè)溫進(jìn)行記錄。

（6）試驗(yàn)過(guò)程中溫度控制：

a）定子鐵芯各部分的最高溫升不超過(guò)25K（與試驗(yàn)開(kāi)始前同一部位進(jìn)行比較溫度變化）；

b）定子鐵芯最高齒溫差不超過(guò)15K（在試驗(yàn)同一部位測(cè)量點(diǎn)的溫差）；

c）定子機(jī)座最高齒溫差不超過(guò)15K；

d）冷軋硅鋼片單位鐵損與出廠標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。

若不能滿足要求，需立即向總指揮匯報(bào)，由總指揮結(jié)合各部位情況決定是繼續(xù)試驗(yàn)觀察還是終止試驗(yàn)，進(jìn)行檢查。

（1）整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)90min,試驗(yàn)完畢斷開(kāi)勵(lì)磁電源。

（2）鐵損試驗(yàn)合格后，重新檢查壓緊螺桿力矩值，如果力矩值減小，重新擰緊壓緊螺桿。

（3）整個(gè)試驗(yàn)完成以后，所有試驗(yàn)設(shè)備撤除、退場(chǎng)，然后將試驗(yàn)區(qū)域清理干凈。

5.5.2試驗(yàn)終止及開(kāi)始

（1）試驗(yàn)終止及重新開(kāi)始必須由試驗(yàn)總指揮下令，一般情況下，其他人無(wú)權(quán)下令終止或重新開(kāi)始試驗(yàn)。

（2）下列情況下，試驗(yàn)終止：

a）整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)90min；b）折算到1T時(shí)，鐵芯的最高溫升超過(guò)25℃；c）折算到1T時(shí)，鐵芯或機(jī)座間的最高溫差超過(guò)15℃；

d）試驗(yàn)過(guò)程中有局部打火、發(fā)紅甚至冒煙或振動(dòng)過(guò)大等現(xiàn)象發(fā)生；

（3）重新開(kāi)始試驗(yàn)

當(dāng)試驗(yàn)因異常情況終止后，應(yīng)檢查處理異常點(diǎn)。處理完后經(jīng)電廠、項(xiàng)目部各方檢查驗(yàn)收認(rèn)為合格后，方可重新開(kāi)始試驗(yàn)。

5.6試驗(yàn)條件

為了比較，鐵芯鐵損試驗(yàn)共進(jìn)行了3次。第1次試驗(yàn)條件為：定子吊入安裝場(chǎng)，定子未做任何處理；第2次試驗(yàn)條件為：定子線棒全部抽出，鐵芯拉緊螺桿未更換；第3次試驗(yàn)條件為：定子線棒抽出，鐵芯拉緊螺桿更換拉緊后。

6　試驗(yàn)結(jié)果整理及分析

6.1試驗(yàn)結(jié)果分析

有關(guān)公式：

第1次試驗(yàn)過(guò)程中，首先按方案計(jì)算值，取勵(lì)磁線圈12匝，測(cè)得勵(lì)磁電流為180A，勵(lì)磁電壓為318V通過(guò)計(jì)算，實(shí)際高斯值1=318×104（/12×1315.23× 4.44×50）=9 076（GS），為滿足試驗(yàn)條件≥10 000 （GS），將勵(lì)磁線圈減少2匝，取10匝，測(cè)得勵(lì)磁電流295 A，勵(lì)磁電壓為300 V通過(guò)計(jì)算，實(shí)際高斯值2=300×104（/10×1 315.23×50×4.44）=10 275（GS）滿足試驗(yàn)條件。在10 000高斯時(shí)，鐵芯的損耗值為0=×（10 000/1）2=31.14（kW）

表2　鐵芯最終溫度情況表（起始溫度：11℃，環(huán)境溫度：11℃）

表3　試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)表

試驗(yàn)中用紅外熱象儀進(jìn)行鐵芯表面溫度測(cè)量，鐵芯表面鐵齒起始溫度：11℃，環(huán)境溫度：11℃，試驗(yàn)結(jié)束，鐵芯最高溫度：25.8℃鐵芯最高溫升為14.8K≤25K，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，鐵芯齒的最大溫差為7.6K≤15K，符合標(biāo)準(zhǔn)要求

第2次試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4　鐵芯損耗結(jié)果（開(kāi)始時(shí)間01月01日15:20）

表5　試驗(yàn)鐵芯最終溫度情況表（起始溫度：8.4℃，環(huán)境溫度：8.4℃）

第3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6　鐵芯損耗結(jié)果（開(kāi)始時(shí)間01月06日11:40）

表7　試驗(yàn)鐵芯最終溫度情況表（起始溫度：7.4℃，環(huán)境溫度：7.4℃）

6.2技術(shù)總結(jié)

（1）從3次試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，沒(méi)有抽出定子線棒時(shí)鐵芯鐵損功率與視在功率均較抽出定子線棒的鐵芯大得不多，這說(shuō)明有定子線棒存在時(shí)勵(lì)磁線圈的磁漏對(duì)試驗(yàn)影響較小可以忽略，線棒的發(fā)熱應(yīng)消耗一部分有功功率。

（2）從更換鐵芯拉緊螺桿前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，更換后勵(lì)磁繞組的電壓與電流數(shù)據(jù)較更換前略為增加，說(shuō)明鐵芯在拉緊螺桿緊固后鐵芯的導(dǎo)磁能力略為增加，同時(shí)也增大了鐵芯的功率損耗。

（3）勵(lì)磁電流計(jì)算值與實(shí)際電流值相差較大，個(gè)人認(rèn)為是磁化力系數(shù)取得較大，實(shí)際0=×1/π （2-a）=302×10/3.14×（694-9.8）=1.4(A/cm)，這與計(jì)算取值2.0A/cm減少了30%，考慮可能是出廠時(shí)試驗(yàn)所選用的是專用試驗(yàn)變壓器，勵(lì)磁線圈較少，相同的磁通時(shí)電流就較大，所以磁化力系數(shù)就取得較大，而我們?cè)谝院笸愋驮囼?yàn)時(shí)可適當(dāng)減小磁化力系數(shù)的取值，以減小對(duì)大電纜，大容量試驗(yàn)變的選擇，節(jié)省資源。

（4）由于電源距鐵芯距離較遠(yuǎn)，勵(lì)磁電纜本身的壓降為80~100V，為了保持鐵芯的磁通密度為1T左右，實(shí)際的勵(lì)磁繞組匝數(shù)較計(jì)算值減小了3匝。

7　結(jié)束語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn)是個(gè)大型試驗(yàn)，鐵芯的磁通密度受到鐵芯的尺寸、勵(lì)磁繞組的纏繞方式、試驗(yàn)電源電壓、電纜型號(hào)等多種因素影響，實(shí)際操作可能與計(jì)算值不一樣，需要根據(jù)實(shí)際測(cè)量情況，改變相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)，才能保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在測(cè)溫方面，紅外成像儀和紅外測(cè)溫儀的應(yīng)用，比原來(lái)溫度計(jì)和測(cè)溫貼片測(cè)量要安全便捷，紅外成像后，高溫差點(diǎn)一目了然，可視性較好，是一種不錯(cuò)的測(cè)溫手段。另外補(bǔ)充一點(diǎn)，試驗(yàn)測(cè)量用的表計(jì)一定要事先校驗(yàn)準(zhǔn)確，試驗(yàn)過(guò)程中的讀數(shù)也必須準(zhǔn)確，一定要盡量避免人為因素的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳天翔，王寅仲，海世杰.定子鐵芯試驗(yàn).電氣試驗(yàn)[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]李建明，朱康.發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn).高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

中圖分類號(hào)：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5387（2015）08-0022-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.007

收稿日期：2015-05-04

作者簡(jiǎn)介：陸荃（1983-），男，技師,從事高壓試驗(yàn)工作。