孟　萍，李　寧，郭俊紅（華能雨汪電廠，云南曲靖655507）

發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn)方法研究

孟萍，李寧，郭俊紅
（華能雨汪電廠，云南曲靖655507）

發(fā)電機(jī)定子鐵芯是發(fā)電機(jī)的核心部件，隨著大機(jī)組投產(chǎn)的數(shù)量增多，定子鐵芯出現(xiàn)故障的現(xiàn)象也越來越多，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，查找故障點(diǎn)。詳細(xì)闡述發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn)的原理、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)接線、試驗(yàn)結(jié)論等，為其它電廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定子鐵芯損耗試驗(yàn)提供經(jīng)驗(yàn)。

發(fā)電機(jī)；定子；鐵芯損耗

1　引言

發(fā)電機(jī)定子鐵芯由硅鋼片疊合組裝而成，疊片間存在短路故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中出現(xiàn)局部過熱的危險(xiǎn)。過熱點(diǎn)的擴(kuò)展會(huì)致使繞組絕緣損壞或鐵芯燒損等。對(duì)于大型發(fā)電機(jī)而言，鐵芯過熱故障所帶來的影響非常嚴(yán)重。因此，在發(fā)電機(jī)交接試驗(yàn)、局部或全部更換定子繞組前后，以及在發(fā)現(xiàn)定子鐵芯有損傷等缺陷時(shí)，必須對(duì)定子進(jìn)行鐵芯損耗試驗(yàn)，以測(cè)定鐵芯單位質(zhì)量的損耗，測(cè)量鐵軛和齒的溫度，檢查各部溫升是否超過規(guī)定值，從而綜合判斷鐵芯片間的絕緣是否良好［1］。

2　試驗(yàn)原理

電機(jī)鐵損試驗(yàn)的基本原理是：在疊裝完成的發(fā)電機(jī)定子鐵芯上纏繞勵(lì)磁繞組，給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)，鐵芯中疊片間絕緣受損或劣化部分在勵(lì)磁電流的作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的渦流，溫度很快升高。

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)果與設(shè)計(jì)要求、規(guī)程的比較，來判斷定子鐵芯的制造、安裝質(zhì)量及受損程度。

2.1試驗(yàn)線路組成

按照試驗(yàn)接線圖連接儀表、電源，其鐵芯內(nèi)的損耗用瓦特表測(cè)量，將瓦特表的電流線圈接至電流互感器上，瓦特表的電壓線圈接到測(cè)量線圈上，檢查接線正確性，特別注意測(cè)量?jī)x表與線圈的極性應(yīng)正確。全部接線完成后，用500V兆歐表測(cè)量勵(lì)磁繞組、測(cè)量繞組的回路絕緣電阻，其值應(yīng)不小于1MΩ。勵(lì)磁繞組纏繞部位的定子鐵芯，端部應(yīng)墊較薄的環(huán)氧板或支撐板，不應(yīng)與定子鐵芯或繞組直接接觸。試驗(yàn)接線圖如圖1所示。

圖1　試驗(yàn)接線圖

2.2儀器儀表配置

低功率因素電壓表：0V－600V，0.5級(jí)，共4塊；

低功率因素功率表：0A－5A，0V－600V，2.5級(jí)，2塊；

低功率因素電流表：0A－5A，0.5級(jí)，1塊；

頻率表（萬用表代替）：1塊；

測(cè)量回路電流互感器：4000／5，1只；

W1：勵(lì)磁線圈軟電纜截面積為3×185（mm2），長(zhǎng)度為350m；

W2：測(cè)量線圈電纜截面積為4mm2，長(zhǎng)度為30m；

V1：電壓表0V－150V；

紅外線成像儀。

2.3試驗(yàn)方法

2.3.1試驗(yàn)電源容量選用

根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)計(jì)算，擬選用800V試驗(yàn)電壓，電源變壓器選用2A、2B汽機(jī)變，低壓側(cè)串聯(lián)方式，并解開2A、2B汽機(jī)變低壓側(cè)中性點(diǎn)接地銅排（N線），在2A、2B汽機(jī)變間選擇一個(gè)接地點(diǎn)，確保變壓器絕緣電壓在允許范圍內(nèi)。汽機(jī)變?nèi)萘繛?600kVA，額定電壓為6.3±2×2.5%／0.4kV，接線組別Dyn：11，短路電抗Ud＝6%。

2.3.2勵(lì)磁線圈匝數(shù)和截面面積

根據(jù)計(jì)算得出勵(lì)磁線圈為0.94899匝，選取整數(shù)1匝，勵(lì)磁線圈纏繞在定子鐵芯上。依據(jù)勵(lì)磁線圈電纜截面積每平方毫米銅線電流密度不大于3安培的原則，計(jì)算勵(lì)磁線圈電流為1212.2A，實(shí)際電流將比此電流要小，擬采用截面積為3×185（mm2）、電壓等級(jí)為400V的絕緣電纜（三芯并接使用）。

2.3.3纏繞測(cè)量線圈

測(cè)量線圈擬選用1根4mm2絕緣銅芯獨(dú)股電纜30m，采用同樣的纏繞1匝在定型子鐵芯上，并使勵(lì)磁繞組和測(cè)量繞組互相垂直。

2.3.4保護(hù)定值的修改

2A、2B汽機(jī)變高壓側(cè)6kV斷路器，即6kV保護(hù)裝置配置保護(hù)：速斷電流保護(hù)、限時(shí)速斷保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)（負(fù)序過流一段、二段）、高壓側(cè)零序過流保護(hù)、高壓側(cè)過電流保護(hù)、高壓側(cè)過負(fù)荷保護(hù)、低壓側(cè)零序電流保護(hù)、變壓器溫度保護(hù)。保護(hù)整定：因負(fù)荷不平衡，負(fù)序電流保護(hù)、高壓側(cè)零序過流保護(hù)、低壓側(cè)零序電流保護(hù)應(yīng)退出。

2.4相關(guān)參數(shù)的計(jì)算

發(fā)電機(jī)定子鐵芯剖面圖如圖2所示。定子鐵芯參數(shù)如下。

定子鐵芯總長(zhǎng)L1 6.731m

定子鐵芯通風(fēng)溝數(shù)n 83

定子鐵芯通風(fēng)溝寬b 0.0087m

定子鐵芯內(nèi)徑D2 1.312m

定子鐵芯齒高h(yuǎn)a 0.1763m

定子鐵芯外徑D1：2.625m

定子鐵芯有效長(zhǎng)度：L＝K（L1－nb）＝0.94×（6.731－83×0.0087）＝5.6484m

定子鐵芯軛部截面積：S＝L×h＝5.6484×0.4802＝2.71236m2（即為27123.6cm2）

圖2　定子鐵芯剖面圖

K為定子鐵芯填充系數(shù)，硅鋼片片間用漆絕緣在0.93－0.95之間，K取0.94。

2.4.1勵(lì)磁線圈匝數(shù)W1

式中：U1為勵(lì)磁線圈電壓，即兩臺(tái)汽機(jī)變低壓側(cè)串聯(lián)電壓800V；

f為電源頻率，即系統(tǒng)頻率50Hz；

B為試驗(yàn)時(shí)鐵芯軛部磁通密度，透平型同步發(fā)電機(jī)取1.4T，水輪發(fā)電機(jī)取1.0T。實(shí)際選取1匝。

2.4.2勵(lì)磁線圈的電流Ie

式中：定子鐵扼平均直徑Dav＝D1－h(huán)＝2.625－0.4802＝2.1448m

Ho為單位長(zhǎng)度安匝數(shù)，磁通密度在1.4T時(shí)，取1.8安匝／厘米；

2.4.3勵(lì)磁線圈的功率S

S＝KSU1I×10－3＝1.1×800×1212.2×10－3

＝1066.736kVA

式中：KS一般取1.1。

（取容量不小于1066kVA的三相電力變壓器）

2.4.4測(cè)量線圈匝數(shù)W2

測(cè)量線圈匝數(shù)W2考慮為1匝，有：

測(cè)量線圈的電壓應(yīng)使其在電壓表量程范圍內(nèi)，故考慮取U2為1000V以下。

3　發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)例

電廠在檢修過程中，發(fā)電機(jī)抽出轉(zhuǎn)子后，檢查鐵芯內(nèi)部有拉傷現(xiàn)象，另外，在發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)端發(fā)現(xiàn)定子鐵芯端頭槽楔有松動(dòng)，需對(duì)松動(dòng)的槽楔進(jìn)行更換。鑒于以上問題，需檢測(cè)鐵芯是否有局部過熱現(xiàn)象，并針對(duì)存在問題進(jìn)行處理，消除設(shè)備安全隱患。

3.1測(cè)試數(shù)據(jù)

鐵損試驗(yàn)電氣參數(shù)如表1所示。

3.2試驗(yàn)發(fā)電機(jī)參數(shù)

發(fā)電機(jī)參數(shù)如表2所示。

表2　發(fā)電機(jī)主要性能參數(shù)

3.3試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)持續(xù)90min，在試驗(yàn)持續(xù)的過程中，定子鐵芯發(fā)熱均勻，沒有出現(xiàn)過熱點(diǎn)。試驗(yàn)過程中定子鐵芯的紅外熱成像圖如圖3所示。鐵損試驗(yàn)最高溫升及最大溫差均在合格范圍內(nèi)，鐵損試驗(yàn)合格。

鐵芯溫度以定子鐵芯測(cè)溫電阻所測(cè)量溫度為主，紅外線測(cè)溫儀監(jiān)視其它部位溫度，溫升計(jì)算以定子鐵芯測(cè)溫

圖3　定子鐵芯紅外熱成像圖

電阻所測(cè)量讀數(shù)為準(zhǔn)，共計(jì)10點(diǎn)。

4　結(jié)論

本廠發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗(yàn)順利完成，整個(gè)試驗(yàn)過程中，鐵芯振動(dòng)正常，無局部過熱及冒煙現(xiàn)象；通風(fēng)溝、定位筋、拉緊螺桿、機(jī)座內(nèi)部等無異常聲響及松動(dòng)情況。在試驗(yàn)過程的方法正確、數(shù)據(jù)可靠，發(fā)電機(jī)定子鐵芯的性能達(dá)到了發(fā)電機(jī)組性能要求。

利用現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備，在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行定子鐵芯損耗試驗(yàn)，磁通量可以達(dá)到1.23T，完全滿足《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》試驗(yàn)磁通量為1.0T的要求。傳統(tǒng)的大功率電源勵(lì)磁試驗(yàn)方法可以提供一定的磁通量，配合紅外成像儀能直觀地發(fā)現(xiàn)整體及局部的故障點(diǎn)。大功率電源勵(lì)磁試驗(yàn)方法的缺點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)備比較笨重，試驗(yàn)電源容量要求較大。

［1］DL／T 596－1996.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程.北京：中國(guó)電力出版社，1997.

［2］李建民、朱康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2001.

郭俊紅（1980－），云南曲靖人，本科生，現(xiàn)就職于華能雨汪電廠繼電保護(hù)班。

Research on generator stator core loss test method

MENG Ping，LI Ning，GUO Jun－h(huán)ong
（Huaneng Yuwang Power Plant，Qujing 655507，China）

The stator core is the key part of the generator.As the increasing of the number of the large generating sets，the fault phenomena of the stator core occur more and more，and it needs the field test and fault removal.The principle of the loss test for generator stator core，the field test connections and the test results are given，which provide experience for the field stator core loss tests of the other power plants.

generator；stator；iron core loss

TM31

A

1005—7277（2016）01—0055—03

孟萍（1982－），女，山東泰安人，碩士研究生，現(xiàn)就職于華能雨汪電廠繼電保護(hù)班。

李寧（1984－），男，云南曲靖人，本科生，現(xiàn)就職于華能雨汪電廠檢修部專工。

2015－12－02