發(fā)電機定子鐵芯損耗試驗方法研究

孟　萍，李　寧，郭俊紅（華能雨汪電廠，云南曲靖655507）

發(fā)電機定子鐵芯損耗試驗方法研究

孟萍，李寧，郭俊紅
（華能雨汪電廠，云南曲靖655507）

發(fā)電機定子鐵芯是發(fā)電機的核心部件，隨著大機組投產(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)場進行試驗，查找故障點。詳細闡述發(fā)電機定子鐵芯損耗試驗的原理、現(xiàn)場試驗接線、試驗結(jié)論等，為其它電廠進行現(xiàn)場定子鐵芯損耗試驗提供經(jīng)驗。

發(fā)電機；定子；鐵芯損耗

1　引言

發(fā)電機定子鐵芯由硅鋼片疊合組裝而成，疊片間存在短路故障時，會導(dǎo)致運行中出現(xiàn)局部過熱的危險。過熱點的擴展會致使繞組絕緣損壞或鐵芯燒損等。對于大型發(fā)電機而言，鐵芯過熱故障所帶來的影響非常嚴重。因此，在發(fā)電機交接試驗、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，必須對定子進行鐵芯損耗試驗，以測定鐵芯單位質(zhì)量的損耗，測量鐵軛和齒的溫度，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　試驗原理

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

在鐵芯上纏繞測量繞組，測量其感應(yīng)電壓，計算出鐵芯總的有功損耗。根據(jù)測量結(jié)果與設(shè)計要求、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試驗線路組成

按照試驗接線圖連接儀表、電源，其鐵芯內(nèi)的損耗用瓦特表測量，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量線圈上，檢查接線正確性，特別注意測量儀表與線圈的極性應(yīng)正確。全部接線完成后，用500V兆歐表測量勵磁繞組、測量繞組的回路絕緣電阻，其值應(yīng)不小于1MΩ。勵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。試驗接線圖如圖1所示。

圖1　試驗接線圖

2.2儀器儀表配置

低功率因素電壓表：0V－600V，0.5級，共4塊；

低功率因素功率表：0A－5A，0V－600V，2.5級，2塊；

低功率因素電流表：0A－5A，0.5級，1塊；

頻率表（萬用表代替）：1塊；

測量回路電流互感器：4000／5，1只；

W1：勵磁線圈軟電纜截面積為3×185（mm2），長度為350m；

W2：測量線圈電纜截面積為4mm2，長度為30m；

V1：電壓表0V－150V；

紅外線成像儀。

2.3試驗方法

2.3.1試驗電源容量選用

根據(jù)試驗參數(shù)計算，擬選用800V試驗電壓，電源變壓器選用2A、2B汽機變，低壓側(cè)串聯(lián)方式，并解開2A、2B汽機變低壓側(cè)中性點接地銅排（N線），在2A、2B汽機變間選擇一個接地點，確保變壓器絕緣電壓在允許范圍內(nèi)。汽機變?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勵磁線圈匝數(shù)和截面面積

根據(jù)計算得出勵磁線圈為0.94899匝，選取整數(shù)1匝，勵磁線圈纏繞在定子鐵芯上。依據(jù)勵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，計算勵磁線圈電流為1212.2A，實際電流將比此電流要小，擬采用截面積為3×185（mm2）、電壓等級為400V的絕緣電纜（三芯并接使用）。

2.3.3纏繞測量線圈

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

2.3.4保護定值的修改

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

2.4相關(guān)參數(shù)的計算

發(fā)電機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ha 0.1763m

定子鐵芯外徑D1：2.625m

定子鐵芯有效長度：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勵磁線圈匝數(shù)W1

式中：U1為勵磁線圈電壓，即兩臺汽機變低壓側(cè)串聯(lián)電壓800V；

f為電源頻率，即系統(tǒng)頻率50Hz；

B為試驗時鐵芯軛部磁通密度，透平型同步發(fā)電機取1.4T，水輪發(fā)電機取1.0T。實際選取1匝。

2.4.2勵磁線圈的電流Ie

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

Ho為單位長度安匝數(shù)，磁通密度在1.4T時，取1.8安匝／厘米；

2.4.3勵磁線圈的功率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測量線圈匝數(shù)W2

測量線圈匝數(shù)W2考慮為1匝，有：

測量線圈的電壓應(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)場試驗實例

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

3.1測試數(shù)據(jù)

鐵損試驗電氣參數(shù)如表1所示。

3.2試驗發(fā)電機參數(shù)

發(fā)電機參數(shù)如表2所示。

表2　發(fā)電機主要性能參數(shù)

3.3試驗結(jié)果與分析

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

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

圖3　定子鐵芯紅外熱成像圖

電阻所測量讀數(shù)為準，共計10點。

4　結(jié)論

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

利用現(xiàn)有的試驗設(shè)備，在運行現(xiàn)場對發(fā)電機進行定子鐵芯損耗試驗，磁通量可以達到1.23T，完全滿足《電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》試驗磁通量為1.0T的要求。傳統(tǒng)的大功率電源勵磁試驗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。大功率電源勵磁試驗方法的缺點是試驗設(shè)備比較笨重，試驗電源容量要求較大。

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

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