桐柏抽水蓄能電站定子磁化試驗(yàn)技術(shù)

牛 延 東

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

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桐柏抽水蓄能電站定子磁化試驗(yàn)技術(shù)

牛 延 東

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610225)

桐柏抽水蓄能電站定子鐵芯通過采用磁通密度1.15 T磁化試驗(yàn)技術(shù)，檢驗(yàn)了鐵芯堆裝質(zhì)量并進(jìn)行了熱磁振蕩、二次壓緊工序以保證鐵芯的壓緊度，值得同類工程施工時借鑒。

桐柏抽水蓄能電站； 定子；磁化試驗(yàn)；1.15 T 熱磁振蕩

1 概 述

根據(jù)我國規(guī)范要求，在現(xiàn)場完成堆裝的定子鐵芯要進(jìn)行90 min 0.8～1 T(特斯拉)磁化試驗(yàn)(鐵損試驗(yàn))，以檢驗(yàn)鐵芯堆裝質(zhì)量并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算鐵芯損耗。國外將該試驗(yàn)稱為定子鐵芯感應(yīng)試驗(yàn)(satorcore induction test)，其試驗(yàn)時間和試驗(yàn)?zāi)康囊嗯c國內(nèi)有所不同。桐柏抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)由VATECH公司提供，在現(xiàn)場進(jìn)行了定子機(jī)架組圓、鐵芯堆片以及現(xiàn)場定子鐵損試驗(yàn)。試驗(yàn)采用VATECH公司標(biāo)準(zhǔn)。

按VATECH公司標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的鐵芯磁化試驗(yàn)的主要目的有兩點(diǎn)：首先檢查在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場疊裝過程中，片間絕緣損壞是否短路？防止運(yùn)行中因片間短路引起局部過熱而威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。另外，定子鐵芯磁化試驗(yàn)還能通過振動和發(fā)熱使鐵芯下沉，達(dá)到僅通過外力壓緊所不能達(dá)到的、進(jìn)一步壓緊鐵芯的目的。鐵芯磁化試驗(yàn)時間也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于90 min(SIEMENS公司磁化時間為24 h；VATECH公司磁化時間為12 h)。在進(jìn)行磁化試驗(yàn)后定子鐵芯需要經(jīng)過再次壓緊，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康牡牟煌捎昧瞬煌拇磐芏?。磁化試?yàn)開始的前30 min進(jìn)行鐵芯的片間短路檢查，磁通密度選擇1.15 T。熱磁振蕩過程前7 h磁通密度選擇1.15 T，后5 h選用1 T。

2 桐柏抽水蓄能電站定子鐵芯參數(shù)

(1)定子鐵芯外徑:D1=7 600 mm；

(2)定子鐵芯內(nèi)徑：D2=6 500 mm；

(3)定子鐵芯高度:H=2 630 mm；

(4)頻率:f=50 Hz；

(5)通風(fēng)槽高度：l=6 mm；

(6)定子鐵芯疊裝系數(shù) :K≈0.95；

(7)鐵芯鐵齒高度:h1=187.5 mm；

(8)安 匝 數(shù)：h0=2.2(安匝/cm)；

(9)磁通密度：B=1.15 T；

(10)鐵芯總重： 217 t。

3 試驗(yàn)設(shè)備的選型及計(jì)算

桐柏抽水蓄能電站廠房內(nèi)配有10 kV和400 V兩個電壓等級的施工電源和一臺800 kVA的10 kV變壓器。在變壓器容量允許的情況下，可以選擇400 V電源作為試驗(yàn)電源，否則必須以10 kV電源作為試驗(yàn)電源。桐柏電站投標(biāo)時因缺少定子鐵芯詳實(shí)數(shù)據(jù)而無法確定具體的試驗(yàn)容量，預(yù)計(jì)將來的磁化試驗(yàn)電源容量可能大于800 kVA，故10 kV施工電源采用3×50 mm2的銅芯電纜敷設(shè)，留足了容量。試驗(yàn)前，根據(jù)已有數(shù)據(jù)重新進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明試驗(yàn)電源容量為1 730 kVA，故決定采用10 kV電源作為試驗(yàn)電源。試驗(yàn)接線方式見圖1。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算如下：

(1)鐵芯有效高度=0.95(2 630-6×55)=2 185(mm)。

(2) 鐵芯軛部寬度：

(3) 鐵芯截面積=2 185 mm×362.5 mm =0.792 062 5(m2)。

(4) 勵磁線圈匝數(shù)：

圖1 定子磁化試驗(yàn)接線圖

故：W1≈50匝。

(5) 勵磁繞組電流。

(6)電源容量。

(7)測量電壓。

測量線圈取W2=1匝，則測量電壓為U2=U1W2/W1=200(V)左右。

勵磁線圈導(dǎo)線的選擇：按3 A/mm2載流量計(jì)算，所需勵磁電纜芯線截面積為99.82/3=33.37 mm2，最終選用50 mm2的10 kV銅芯軟電纜纏繞。

4 試驗(yàn)的基本要求

為達(dá)到通過磁化熱振蕩壓緊鐵芯的目的，VATECH公司要求定子鐵芯的溫度應(yīng)保持在80 ℃±10 K。定子鐵芯和機(jī)架的溫差不超過40 K，磁化時間保持12 h，磁通密度為1.15 T。

5 試驗(yàn)步驟

5.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

對定子各部位進(jìn)行徹底的清掃，全面檢查機(jī)座和鐵芯，移走所有與試驗(yàn)無關(guān)的設(shè)備；檢查通風(fēng)溝、上下端部位置、各環(huán)板間，保證各處無殘留金屬物件；用2根35 mm2銅線保證定子機(jī)座兩點(diǎn)接地。試驗(yàn)時，因定子振動較大，對定子支墩進(jìn)行了加固處理。為了保證在磁化試驗(yàn)過程中定子鐵芯上、下受熱均勻，在定子機(jī)座下部均勻布置了2 kW電加熱器25個，并對定子進(jìn)行包裹、保溫。

在定子鐵芯上按相同方向均勻纏繞勵磁線圈,勵磁繞組采用50 mm2銅芯軟電纜。勵磁繞組分兩部分：一部分纏繞50匝，另一部分纏繞6匝，其目的是為了變更勵磁繞組數(shù)方便。勵磁線圈纏繞時，在鐵芯和機(jī)座棱角處用絕緣襯墊防止損傷電纜絕緣。將高壓盤柜布置在定子附近，要求保證其安全、便于操作。敷設(shè)高壓盤柜至10 kV電源的高壓電纜(YJV-3×50 mm2)。對10 kV電源電纜和勵磁繞組進(jìn)行直流耐壓檢查，對10 kV盤進(jìn)行交流耐壓檢查。在定子鐵芯的下部第一層通風(fēng)槽內(nèi)安裝了兩個溫度探測器用于檢測溫度，在定子機(jī)架上安裝了4個溫度探測器用于檢測機(jī)架溫度，鐵芯內(nèi)埋設(shè)的12只測溫電阻也被引出、接至測溫儀。

按試驗(yàn)電流的1.2倍整定過流繼電器，定值為1.2×173/60=3.46(A)，電流互感器變比為300/5。

根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)要求進(jìn)行了勵磁線圈纏繞，共纏繞56匝。采用VATECH公司提供的50 mm2單芯電纜均勻纏繞在定子鐵芯上，將繞組兩端接至高壓柜的出線端。在定子鐵芯200槽方向纏繞1匝測量線圈。

5.2 試驗(yàn)過程

為了驗(yàn)證試驗(yàn)前推算的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，先用56匝勵磁繞組進(jìn)行了5 min試驗(yàn)，檢查了儀表及定子無異常并記錄了各儀表讀數(shù)，根據(jù)儀表讀數(shù)計(jì)算出56匝勵磁繞組時的磁通量為0.961 2 T。將勵磁繞組改為50匝，正式開始試驗(yàn)。30 min后操作人員進(jìn)入定子內(nèi)部，用紅外線測試儀檢查定子鐵芯溫度均勻、無過熱點(diǎn)。繼續(xù)加熱7 h后將勵磁線圈改為56匝，開始熱磁振蕩過程。磁化試驗(yàn)電量記錄見表1。

表1 磁化試驗(yàn)電量記錄 (試驗(yàn)時間：2004年9月8日至9日)

6 結(jié) 語

定子鐵芯經(jīng)過12 h磁化和熱磁振蕩，使鐵芯在疊裝時產(chǎn)生的各種應(yīng)力得到了一定的釋放。試驗(yàn)結(jié)束后，再次對定子鐵芯進(jìn)行壓緊，保證了鐵芯的壓緊系數(shù)。桐柏抽水蓄能電站四臺機(jī)組經(jīng)過10 a商業(yè)運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行正常。

水電工程建設(shè)企業(yè)逐漸走出國門、適應(yīng)國際要求已成為必然趨勢。在海外許多招標(biāo)文件中均要求現(xiàn)場完成1.4 T磁化試驗(yàn)。過高的磁通量要求為現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)置了障礙。目前，還未曾見到現(xiàn)場完成1.4 T工頻磁化試驗(yàn)的公開報(bào)道。桐柏抽水蓄能電站磁化試驗(yàn)方式可為海外同類水電工程提供借鑒。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

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牛延?xùn)|(1969-)，男，河北辛集人，分局工程管理部主任，高級工程師，從事機(jī)電工程技術(shù)與管理工作.