溧陽抽水蓄能電站機組定子鐵心疊裝及磁化試驗

杜大禹，林 峰，袁文俊，王 超

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇溧陽213334)

溧陽抽水蓄能電站發(fā)電電動機組由哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司制造，額定轉(zhuǎn)速300 r/min，額定電壓15.75 kV，為立軸、半傘式、三相、凸極、可逆式同步發(fā)電電動機。首臺發(fā)電電動機(6號機)設(shè)備安裝及調(diào)試工程2015年1月正式開工，定子在安裝場進行機座組圓、合縫焊接、鐵心疊裝等工作，于2015年4月20日順利完成鐵心磁化試驗，6號機組于2017年1月9日并網(wǎng)發(fā)電。

1 鐵心壓緊

大、中型水輪發(fā)電機組由于運輸尺寸、質(zhì)量等方面的因素限制，發(fā)電機定子機座通常采用分瓣制造運輸，在安裝現(xiàn)場進行組裝焊接、鐵心堆積及定子下線等工作。

發(fā)電機定子鐵心損耗分為磁滯損耗和渦流損耗兩部分，其中磁滯損耗是導(dǎo)磁體反復(fù)磁化，其分子運動所消耗的能量，渦流損耗是鐵心在交變磁場內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流導(dǎo)致的損耗，二者均轉(zhuǎn)化為熱能使鐵心溫度升高。為了防止鐵心過熱，一方面需要采取散熱降溫措施，一方面需要降低鐵心損耗。

溧陽電站定子鐵心采用78根定位筋固定在機座上，鐵心上下兩端用齒壓板牢固的夾住。定子鐵心采用低損耗、高質(zhì)量、高磁導(dǎo)率、無時效、厚為0.50 mm的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，每片沖片去毛刺并且兩面涂F級絕緣漆以降低鐵心損耗。定子鐵心疊片交錯疊制，采用多段分層壓緊法，以形成一個整體、緊固的鐵心。為了減少鐵心的振動，增強鐵心剛度采用端齒沖片連接技術(shù)；為保證鐵心良好的疊裝，采用具有優(yōu)質(zhì)高強度性能的穿心螺桿及防止松動的進口碟簧壓緊，穿心螺桿共156根，采用套管絕緣，使其與鐵心可靠地絕緣。定子鐵心內(nèi)徑6 350 mm，高度2 550 mm，鐵心在軸向方向分為61段及6 mm厚的通風(fēng)槽片60段，鐵心每層沖片26片，總數(shù)約為113 880片。

為防止發(fā)生鐵心松動、振動(甚至共振)、噪聲造成磨損絕緣、燒壞鐵心等各種事故危害，威脅電機的可靠性和壽命，鐵心在疊裝到500、1 000、1 500、2 000 mm高度時各預(yù)壓一次，并在鐵損試驗前后分別進行一次鐵心壓緊。

溧陽電站定子共有156根穿心螺桿，液壓拉伸器泵組共有6個拉伸器，在每次壓緊前將拉緊螺桿分6個等分區(qū)表，在每個等分區(qū)內(nèi)按順時針給每個螺桿孔編號1～26，做好固定標(biāo)記。然后將液壓拉伸器泵組按使用說明書連接好，6個拉伸器并聯(lián)連接，按發(fā)電機廠家提供的順序同步分多次逐步拉伸螺桿。鐵心在疊裝到500、1 000、1 500、2 000 mm高度及鐵損試驗前后的穿心螺桿拉伸次數(shù)分別為3、4、5、6、7次，每次拉伸的油壓按發(fā)電機廠家要求進行。每次壓緊鐵心時，將鐵心的上部槽樣棒放入槽底。在用液壓拉伸器之前應(yīng)先用鉤形扳手將螺母擰緊，擰緊順序按螺桿同油壓螺桿拉伸的順序執(zhí)行，每次螺母轉(zhuǎn)擰不能超過1圈，全部把緊后進行第2圈把緊，直至鉤形扳手?jǐn)Q不動為止。用液壓拉伸泵組時，按螺桿同油壓螺桿拉伸的順序，每次拉伸擰緊螺母其旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不能超過2圈，分多次逐步拉伸螺母直到達(dá)到預(yù)壓螺桿預(yù)緊力，當(dāng)預(yù)壓高度增加時應(yīng)相應(yīng)增加預(yù)壓擰緊螺母的次數(shù)。預(yù)壓完成后松開螺母的順序與拉伸時的順序相同，分多次逐步擰出螺母，每次擰出不能超過3圈。每次壓緊后都要檢查定子鐵心的圓度、高度及垂直度，鐵損試驗前后還要用500 V搖表測穿心螺桿絕緣電阻≥15 MΩ，并對拉緊螺桿的預(yù)緊力、螺桿伸長量按圓周均布抽測，抽測量為10%，要求伸長值不超過額定伸長值±7%。在鐵損試驗后清掃定子鐵心，并進行固化和噴漆。

2 磁化試驗

2.1 磁化試驗?zāi)康?/h3>

發(fā)電機定子鐵心是由薄硅鋼片現(xiàn)場疊裝而成，在鐵心硅鋼片的制造及現(xiàn)場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，從而造成片間短路，引起定子鐵心運行中局部過熱，威脅機組的安全運行。為了防止片間短路，在現(xiàn)場定子鐵心堆積、初步壓緊完成后進行鐵心磁化試驗，確認(rèn)定子鐵心硅鋼片設(shè)計制造、現(xiàn)場堆積、壓緊等整體質(zhì)量，檢查鐵片間是否有短路情況，絕緣是否良好。另外，對于某些機組，鐵心磁化試驗還能通過振動和發(fā)熱使鐵心下沉，達(dá)到僅由加壓所不能達(dá)到的進一步壓緊鐵心的目的。

2.2 試驗基本原理及方法

試驗方法是在定子疊片堆積、壓緊后的鐵心上纏繞若干勵磁繞組，將交流電流通入繞組內(nèi)，此電流在定子鐵心中產(chǎn)生磁場，同時產(chǎn)生渦流與磁滯損耗，使鐵心發(fā)熱，測量鐵心總的有功損耗與溫度，計算出單位質(zhì)量鐵心損耗與溫升，從而判別鐵心疊裝的質(zhì)量。

2.3 磁化試驗準(zhǔn)備

試驗前，將定子機座與基礎(chǔ)支墩再次緊固并可靠接地，徹底清理定子，試驗現(xiàn)場用警示條圍起來，懸掛警示標(biāo)志。

定子具備磁化試驗條件后，根據(jù)現(xiàn)場條件，將高壓開關(guān)柜、測量表計等布置到適當(dāng)位置，按照圖1所示試驗接線。

圖1 鐵損試驗接線原理示意

將勵磁繞組兩端接至試驗高壓開關(guān)柜，纏繞時均勻分布于定子鐵心上，測量線圈纏繞在2個勵磁線圈的中間部位，包繞定子有效鐵心，不包繞機座。接線結(jié)束后，仔細(xì)檢查各設(shè)備、表計接線的正確性與可靠性，電纜試驗合格后進行試驗。

溫度測量傳感器布置時，在鐵心、定子壓板、定子機座上、安裝、酒精溫度計，并在定子內(nèi)圓安排人員用紅外線測溫槍反復(fù)測量定子鐵心表面各處的溫度，以便檢查和發(fā)現(xiàn)局部過熱點。

2.4 試驗過程

試驗開始后，合上10 kV電源斷路器，檢查現(xiàn)場無異常情況，記錄初始電氣數(shù)據(jù)，核算實際磁通密度，調(diào)整勵磁線圈匝數(shù)，繼續(xù)進行試驗。試驗人員記錄各測溫點的原始溫度，合上10 kV電源斷路器，每隔10 min記錄一次鐵心溫度及各試驗儀表的讀數(shù)，試驗進行90 min后，拉開斷路器，結(jié)束試驗，并拆除接線。

磁化試驗結(jié)束后，檢查定子機座與定位筋各焊縫無裂紋，螺桿無松動。

2.5 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析

根據(jù)制造廠要求，單位鐵損值不得大于材料的1.3倍(折算為標(biāo)準(zhǔn)磁通密度1T時的值)，鐵心最大溫升不得超過25 ℃，溫升差不得超過15 ℃。試驗過程中，90 min內(nèi)定子鐵心最高溫度為21.8 ℃，鐵心最大溫升為4.1 ℃，最大溫升差為3.4 ℃，滿足制造廠要求。詳細(xì)記錄見表1。

表1 鐵心溫升記錄

2.6 單位鐵損計算

根據(jù)GB/T20835—2016《發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導(dǎo)則》[1]及發(fā)電機廠家提供的《水輪發(fā)電機定子鐵耗試驗守則》[3]，相關(guān)的計算公式如下：

鐵心磁軛質(zhì)量

G=π×(D1-h)×S×η=126 776.06 kg

(1)

式中，D1為鐵心外徑，取7 500 mm；h為鐵心軛部高度，根據(jù)制造廠說明，本臺機定子鐵心為穿心螺桿壓緊結(jié)構(gòu)，每張沖片上開有6-Φ32光孔，每層26張扇形沖片疊裝成整圓，與一般機組為背部拉緊螺桿，沖片上無拉緊螺桿孔存在較大差異因此在計算鐵心軛部高度時應(yīng)考慮穿心螺桿孔的影響，本臺機定子鐵心最小高度為341.88 mm(有螺桿孔并且和鴿尾槽不在一條線上，最大高度為373.12 mm，取其平均值357.5 mm作為鐵心軛部高度；S為鐵心軛部截面積，為鐵心有效長度與鐵心軛部高度之積，其中鐵心有效長度為2 080.5 mm，計算得0.743 778 75 m2；η為鐵心密度，取7.6×103kg/m3。

實測鐵損

ΔP′=P/G

(2)

式中，P為實測總功率。

折算到1 T、50 Hz后的鐵損ΔP

ΔP=ΔP′×(f/f′)1.3×(B/B′)2

(3)

式中，f為標(biāo)準(zhǔn)頻率，取50 Hz；f′為實測頻率；B為標(biāo)準(zhǔn)磁通密度，取1 T；B′為實測磁通密度。

定子鐵心磁化試驗電氣測量記錄及相關(guān)計算結(jié)果見表2。

表2 測量記錄及相關(guān)計算結(jié)果

根據(jù)發(fā)電機廠家提供的數(shù)據(jù)，鐵心材料的單位鐵損值為1.05 W/kg，其1.3倍為1.365 W/kg，溧陽電站6號機定子鐵心的折算后單位鐵損最大值為1.263 7 W/kg，滿足制造廠要求。

3 結(jié) 語

溧陽電站6號機組定子鐵心磁化試驗的過程中各部溫升正常，單位鐵損滿足規(guī)程規(guī)范及發(fā)電機廠家要求，說明定子鐵心的制造、安裝質(zhì)量優(yōu)良，為下一步工序定子下線工作的開展提供了有利保證。