尼爾基水電站發(fā)電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)

李玉巖，張慶朋，姚 遠(yuǎn)

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

1 概 述

尼爾基水利樞紐水電站位于嫩江干流黑龍江和內(nèi)蒙古交界的河段上，總裝機(jī)容量為4×62.2 WM，發(fā)電機(jī)定子重135.26 t，機(jī)座外徑12.40 m。由于外徑大，在制造廠做成六瓣，運(yùn)到工地后組裝成型。定子鐵芯采用DW 275-50冷扎無取向高導(dǎo)磁硅鋼片，厚度為0.5 mm。硅鋼片兩面涂F級絕緣漆，全圓由45張扇形片組成。定子疊片組裝在現(xiàn)場進(jìn)行，為檢查硅鋼片質(zhì)量和疊裝工藝和壓緊情況，需要進(jìn)行鐵損試驗(yàn)。

2 鐵損試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

定子鐵損試驗(yàn)的目的，就是檢查硅鋼片在設(shè)計(jì)制造、現(xiàn)場堆積、壓緊等整體質(zhì)量，檢查鐵片間是否有短路現(xiàn)象，絕緣是否良好。發(fā)電機(jī)定子鐵芯是由薄硅鋼片現(xiàn)場疊裝而成，在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，造成短路現(xiàn)象從而引起鐵芯過熱，導(dǎo)致線圈溫度過高而使其絕緣損壞擊穿，威脅機(jī)組安全運(yùn)行，在定子鐵芯現(xiàn)場組裝完成后必需進(jìn)行定子鐵芯鐵損試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)基本原理及方法

在發(fā)電機(jī)定子鐵片堆積、壓緊后的鐵芯上纏繞勵磁繞組，繞組中通入一定的工頻電流，使之在鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生接近飽和狀態(tài)的交變磁通，通常取激磁磁感應(yīng)強(qiáng)度為1～1.2 t，鐵芯在交變磁通中產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發(fā)熱，溫度很快升高。同時，使那些鐵芯中片間絕緣受損或劣化部分產(chǎn)生較大的局部渦流，溫度急劇上升，從而找出過熱點(diǎn)。

試驗(yàn)中用紅外線測溫儀或酒精溫度計(jì)測量定子鐵芯、上下齒壓板的溫度，計(jì)算出溫升和溫差；用紅外線測溫儀掃描查找定子鐵芯局部過熱點(diǎn)及輔助測溫；在鐵芯上纏繞測量繞組，測量其感應(yīng)電壓，計(jì)算出鐵芯中不同時刻的磁感應(yīng)強(qiáng)度，并根據(jù)測得的勵磁電流、電壓計(jì)算出鐵芯的有功損耗。把測量、計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相比較，來判斷定子鐵芯的制造、安裝整體質(zhì)量。

3 發(fā)電機(jī)定子參數(shù)及有關(guān)計(jì)算

3.1 發(fā)電機(jī)定子參數(shù)

發(fā)電機(jī)型號SF62.5-56/10850，額定功率62.5 MW/71.43 MW，額定電壓13.8 kV，額定電流2.98 kA，功率因數(shù)0.875(滯后)，定子鐵芯外徑D1=1085 cm，定子鐵芯內(nèi)徑D2=1026 cm，鐵芯高度H1=103 cm，通風(fēng)構(gòu)高度b=6 mm，定子槽深H2=120.44mm，填充系數(shù)k=0.93～0.95。

3.2 有關(guān)參數(shù)計(jì)算

1）定子鐵芯軛部有效長度：L=k（H1-nb）=0.95（103-28×0.6）=81.89 cm。

2）定子鐵芯軛部寬度：H=（D1-D2）/2-hc=（1085-1026）/2-12.044=17.456 cm。

3）定子鐵芯軛部面積：S=L·H=81.89×17.456=1429.47 cm2。

4）勵磁繞組匝數(shù)：N1=（U1/4.44FSB）×10000=（380/4.44×50×1449.47×1）×10000=11匝（取 10匝）。

5）勵磁電流：I=π×(D1-H)H0/N1=3.14×（1085-17.456）×2.3/10=771 A。

6）電源容量：S=U1I=380×771=292.98 kVA。

7）測量繞組匝數(shù)：N2≤U2N1/U1=80×10/380=2 匝。

4 鐵損試驗(yàn)

尼爾基水利樞紐施工用電高壓為10.5 kV，選用1臺300 kVA，10.5 kV/400 V的三相電力變壓器，供鐵損試驗(yàn)用。為使磁通密度盡量均勻，采用10組勵磁線圈。按最遠(yuǎn)端的導(dǎo)線長度繞制，以保證每組線圈中流過基本相同的電流，勵磁線圈用50 mm2的單股多芯軟電纜繞在包括定子外殼在內(nèi)的鐵芯上，測量線圈選在任意兩組勵磁線圈的中間部位。勵磁線圈和測量線圈的纏繞要拉緊并靠近鐵芯，線圈經(jīng)過棱角處需要加強(qiáng)絕緣。

1）試驗(yàn)所需主要設(shè)備：1臺三相電力變壓器（S7-6/0，4-300 kVA），1臺 1000 A 空氣開關(guān)（10 kV，800 A），0～300 V和0～100 V交流電壓表各1塊，1塊0～10 A交流電流表，1塊0.5級低功率瓦特表，頻率計(jì)1臺，標(biāo)準(zhǔn)電流互感器（2000/5）1臺，500 mm2單股多芯軟電纜400 m，紅外線測溫儀1臺。

2）試驗(yàn)接線如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)接線示意圖

3）試驗(yàn)步驟。

根據(jù)技術(shù)要求，鐵芯壓緊，機(jī)械調(diào)整各項(xiàng)工序完成后，才能進(jìn)行鐵損試驗(yàn)。試驗(yàn)之前首先檢查試驗(yàn)接線及儀表，并準(zhǔn)備好試驗(yàn)記錄表格，記錄鐵芯軛部齒部各測量不為初始溫度及環(huán)境溫度，選擇溫度測量點(diǎn)，將定子鐵芯按24各點(diǎn)等分，在鐵芯齒部按圓周30°分上中下放置溫度計(jì)，在軛部放置6只酒精溫度計(jì)，并對酒精溫度計(jì)編號。

合上電源開關(guān)，待表計(jì)指示穩(wěn)定后，立即讀取各表計(jì)指示值，然后迅速切斷電源，計(jì)算實(shí)際磁通密度，若與選定值相符，繼續(xù)試驗(yàn)，若相差較大，應(yīng)調(diào)整勵磁繞組和測量繞組的匝數(shù)。

次合上電源，15 min后記錄各部溫度值，并用紅外線測溫儀檢查定子各部溫度，確定出最熱點(diǎn)和最冷點(diǎn)，并加放溫度計(jì)，同時檢查鐵芯有無松動現(xiàn)象。并隨時檢查鐵芯各部分的發(fā)熱情況，如有新的過熱點(diǎn)，應(yīng)增放溫度計(jì)，若發(fā)現(xiàn)鐵芯任何一處的溫度超過規(guī)定值或個別地方發(fā)紅冒煙，應(yīng)立即停止試驗(yàn)并做好標(biāo)記。

每隔15 min讀取一次各表計(jì)和溫度計(jì)的指示值并記錄，90 min時切斷電源，結(jié)束試驗(yàn)。

5 檢測報告

檢測環(huán)境條件為溫度15℃，濕度56%。溫度測量檢測結(jié)果見表1，電量測量計(jì)算結(jié)果列于表2，齒表溫度測量結(jié)果見表3。

6 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及廠家技術(shù)要求，磁通密度換算到1 T時，不得大于規(guī)定值的1.3倍，最高溫升不得超過25℃，最大溫差不得超過15℃。在90 min試驗(yàn)中，鐵芯齒部最大溫差7.34℃，單位鐵損1.42 W/kg，試驗(yàn)時鐵芯無異常發(fā)熱點(diǎn)，機(jī)組無異常聲響，符合國家及廠家技術(shù)要求，試驗(yàn)通過。

表1 溫度檢測結(jié)果 ℃

表2 電量測量計(jì)算結(jié)果

表3 齒表溫度測量量結(jié)果 ℃

尼爾基水利樞紐4號機(jī)，3號機(jī)，2號機(jī)1號機(jī)分別于2004年11月到05年11月完成，4臺機(jī)組鐵損試驗(yàn)都順利通過。