發(fā)電機溫升試驗方法分析

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

發(fā)電機溫升試驗方法分析

仲崇健

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

發(fā)電機在運行時，由于各種損耗的存在，會使發(fā)電機的定子繞組、轉子繞組及鐵心發(fā)熱而導致溫度升高。如果溫升超過了絕緣材料的允許工作溫度，就會加速絕緣老化，從而縮短發(fā)電機的使用壽命。發(fā)電機的溫升試驗，就是為了在發(fā)電機帶負荷運行時，掌握各部分溫度的變化情況，以便將其控制在限額之內，確保發(fā)電機的安全運行。

溫升；發(fā)電機；試驗方法

0 引言

發(fā)電機是將其它形式的能源轉換成電能的機械設備，最早產生于第二次工業(yè)革命時期，它由水輪機、汽輪機、柴油機等其它動力機械驅動，將水流、氣流，燃料燃燒等原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發(fā)電機，再由發(fā)電機轉換為電能。發(fā)電機在工農業(yè)生產、國防、科技及日常生活中有著廣泛的用途。發(fā)電機的溫升是衡量質量的重要標準，本文重點分析發(fā)電機的試驗方法。

1 溫升試驗目的

溫升試驗目的

(1)了解發(fā)電機在額定狀態(tài)下運行時，發(fā)電機的額定負荷能力和過載能力；

(2)繪制發(fā)電機在允許的電壓變動范圍內，及不同冷卻介質溫度時的極限工作能力曲線，從而為發(fā)電機的運行提供依據(jù)；

(3)研究發(fā)電機各部分溫度與最高發(fā)熱點溫度的關系，為評價和改進發(fā)電機結構及通風冷卻系統(tǒng)提供依據(jù)；

(4)測定定子繞組絕緣熱降，研究絕緣熱降所反映的絕緣老化情況；

(5)確定繞組平均溫度、最高發(fā)熱點溫度和檢溫計反映的溫度之間的關系，研究準確監(jiān)視測量繞組溫度。

2 試驗方法

以1000kW應急柴油發(fā)電機為例，采用兩種不同的方法進行了溫升試驗

(1)采用空載短路法試驗，即發(fā)電機由拖動機拖動，定子在開路及短路等狀態(tài)下分別進行溫升試驗；

(2)采用直接負載法，即發(fā)電機額定運行至熱穩(wěn)定狀態(tài)。

以上兩種均為GB/T 1029《三相同步發(fā)電機試驗方法》中推薦采用的發(fā)電機溫升試驗方法，但兩種方法溫升試驗結果卻偏差較大，現(xiàn)對試驗結果進行分析。

3 試驗對比分析

3.1 試驗方法

根據(jù)GB/T 1029《三相同步發(fā)電機試驗方法》中規(guī)定，溫升試驗方法根據(jù)試驗設備條件可采用直接負載法、低功率因數(shù)負載法、空載短路法。本次試驗方法分析研究，主要是對空載短路法和直接負載法進行分析。

3.1.1 空載短路法

被試電機作發(fā)電機運行并進行以下四次溫升試驗

(1)電機空轉，不加勵磁，測得溫升為△θ0；

(2)電機空載，電樞電壓等于105%額定值，測得溫升為△θu1；

(3)電機空載，在鐵心溫升不超過規(guī)定值的情況下，電樞電壓盡可能接近120%額定值，測得溫升為△θu2；

(4)電機三相對稱短路，電樞電流等于額定值，測得溫升為△θk。

3.1.2 直接負載法

試驗時被測電機應根據(jù)其用途保持在額定工作方式下進行，在試驗過程中冷卻介質溫度應符合GB 755中5.3、5.4、5.5的規(guī)定，并盡量防止突變，每隔30min記錄一次各點數(shù)據(jù)，在電機各部分溫度漸趨穩(wěn)定階段，每15min或30min記錄一次。當電機各部分溫度變化在最后1h內不超過2K時認為電機發(fā)熱已達穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 試驗數(shù)據(jù)整理

3.2.1 空載短路法試驗數(shù)據(jù)

空載短路法溫升試驗的具體試驗數(shù)據(jù)如下

(1)定子溫升

①電機空轉不加勵磁，測得溫升為△θ0=3K；

②電機空載，電樞電壓等于105%額定值，測得溫升為△θu1=13.2K；

③電機空載，在鐵心溫升不超過規(guī)定值的情況下，電樞電壓盡可能接近120%額定值，測得溫升為△θu2=19.6K；

④電機三相對稱短路，電樞電流等于額定值，測得溫升為△θk=51.5K。

根據(jù)公式

定子溫升=63.4K

(2)轉子溫升

①電機空載，電樞電壓等于105%額定值，測得溫升為△θu1=7.5K；

②電機空載，在鐵心溫升不超過規(guī)定值的情況下，電樞電壓盡可能接近120%額定值，測得溫升為△θu2=16.7K；

③電機三相對稱短路，電樞電流等于額定值，測得溫升為△θk=31.4K。

電機機座表面溫度：65℃(環(huán)境溫度：22℃)

建立以損耗(I2R)為橫坐標、溫升(△θ)為縱坐標的坐標系，根據(jù)試驗時環(huán)境溫度(θc)及對應的勵磁繞組損耗和溫度為(75-θc)時及對應的勵磁繞組損耗繪制一條直線，和(2)、(3)、(4)三次溫升試驗時對應的損耗及溫升值繪制的直線交與一點(見圖1)，該點縱坐標即為額定工作方式下勵磁繞組的溫升。

圖1作圖法求勵磁繞組溫升的曲線

根據(jù)曲線，推出轉子溫升：71K。

3.2.3 直接負載法試驗數(shù)據(jù)

直接負載法溫升試驗的具體試驗數(shù)據(jù)如下。

發(fā)電機溫度穩(wěn)定后停機測量的定子、轉子的直流電阻，根據(jù)標準規(guī)定的溫升計算公式，計算結果如下。

定子溫升：110K

轉子溫升：133.9K

電機機座表皮溫度：90℃(環(huán)境溫度：21℃)

4 試驗數(shù)據(jù)分析

由于發(fā)電機采用兩種試驗方法進行溫升試驗，試驗結果相差較大，我們對此問題進行了如下分析

(1)從試驗方法上，如具備負載設備，發(fā)電機直接負載法溫升試驗的試驗結果更加接近與發(fā)電機的實際運行，試驗結果更加真實可靠；

(2)導致發(fā)電機空載短路法溫升試驗數(shù)據(jù)失真的原因，主要由于空載短路法需進行四次溫升試驗，而在計算轉子溫升的過程中需要繪制一條溫升與損耗的曲線，此曲線是由三次測得的溫升值與對應溫升下的損耗值(I2R)三點描點得到的一條直線，但在實際繪制過程中發(fā)現(xiàn)這三點很難在同一直線上；

(3)根據(jù)空載短路法三相對稱短路試驗時電機機座表面最高溫度65℃(環(huán)境溫度22℃)，直接負載法電機機座表面溫度90℃(環(huán)境溫度21℃)。由于三相短路對稱短路法時定子額定狀態(tài)發(fā)熱，轉子空載運行，因此無法體現(xiàn)電機機座表面的實際溫度。而直接負載法屬于實際工作狀態(tài)，電機機座表面溫度應為實際運行狀態(tài)下的溫度。

5 結語

由于此發(fā)電機采用空載短路法和直接負載法進行的溫升試驗，試驗結果偏差較大，因此我們通過分析認為主要原因是由于此發(fā)電機自身溫度較高，導致空載短路法時各項試驗數(shù)據(jù)失真，疊加計算后數(shù)據(jù)不準確，無法真實反映電機的實際溫升。所以在新產品進行溫升試驗時，建議采取直接負載法進行，以確保得到準確的試驗數(shù)據(jù)。

[1] GB 755—2008 旋轉電機 定額和性能.

[2] GB/T 1029—2005 三相同步發(fā)電機試驗方法.

[3] GB/T 15548—2008 往復式內燃機驅動的三相同步發(fā)電機通用技術條件.

[4] 上海電器科學研究所.中小型電機設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1994.

AnalysisonTemperature-RiseTestMethodofGenerator

ZhongChongjian

(Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002, China)

When a generator is running, stator windings, rotor windings and iron core will generate heat due to the existence of various losses, and then temperatures of them will increase. If their temperatures exceed allowable working temperatures of the insulating material, they will accelerate insulation aging, thus greatly shortening the service life of generator. The temperature-rise test of generator is to understand the temperature change of each part of generator in loading operation and keep it under the limits, so as to ensure the safe operation of generator.

Temperature rise；generator；test method

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.11

TM306

B

1008-7281(2017)05-0035-003

仲崇健男1983年生；畢業(yè)于哈爾濱理工大學電機專業(yè)，現(xiàn)從事電機設計開發(fā)工作.

2016-04-20