中小型水輪發(fā)電機定子鐵損現(xiàn)場試驗

聶文寶

摘要：中小型水輪發(fā)電機定子受運輸尺寸及重量等的限制， 其機座需分瓣制造并分瓣運輸至工地現(xiàn)場進(jìn)行組圓。定子機座組裝焊接完畢后需進(jìn)行定子鐵芯疊裝， 定子鐵芯由薄硅鋼片現(xiàn)場疊裝而成。在鐵芯硅鋼片的制造及現(xiàn)場疊裝過程中， 可能存在的片間絕緣損壞會造成片間短路及鐵芯疊裝系數(shù)不滿足要求， 從而在運行中會出現(xiàn)由片間短路引起的局部過熱或由鐵芯疊裝壓緊度不夠引起的鐵損值超過設(shè)計和規(guī)范允許值的情況， 進(jìn)而影響機組性能甚至威脅到機組的安全運行。因此， 在定子鐵芯組裝完畢后， 必須進(jìn)行鐵心磁化試驗， 以檢查鐵芯片間絕緣及鐵芯疊裝質(zhì)量是否滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：中小型;水輪發(fā)電機;定子鐵損

1 試驗方法及基本原理

鐵心磁化試驗方法：在疊裝好的發(fā)電機定子鐵芯上纏繞勵磁繞組后， 往勵磁繞組中通入交流電流， 使定子鐵芯內(nèi)部產(chǎn)生接近飽和狀態(tài)的交變磁通， 此時鐵芯中會出現(xiàn)渦流和磁滯損耗， 使鐵芯發(fā)熱。同時， 在定子鐵芯上纏繞測量繞組， 通過測量繞組感應(yīng)電壓可計算出實際的鐵芯磁通量;若鐵芯中片間絕緣受損或劣化， 則該部分會產(chǎn)生較大渦流， 溫度會很快升高。用埋設(shè)的熱電偶測量鐵芯及定子機座的溫度， 計算出溫升和溫差;用紅外線測溫儀查找局部過熱點并進(jìn)行輔助測溫;根據(jù)測量結(jié)果計算出鐵芯總的有功損耗及單位重量損耗， 并與設(shè)計要求作比較， 以判斷定子鐵芯的制造、疊裝質(zhì)量。

2 試驗前的計算

2.1 勵磁線圈匝數(shù)W1計算

感應(yīng)電動勢有效值E=4.44fWBS， 因勵磁電源電壓U1與勵磁繞組感應(yīng)電動勢E相等， 故E=U1=4.44fWBS， 即W1=U1/4.44fBS。規(guī)范要求鐵芯磁通密度B為1T， 工頻電源頻率f為50Hz， 因此在已知鐵芯截面積S的情況下， 可計算出勵磁線圈W1。

定子鐵芯典型斷面如圖1所示。L為定子鐵芯有效高度， m;ha為定子鐵芯軛部寬度， m;K為定子鐵芯壓緊系數(shù)， 硅鋼片間用漆絕緣的取0.93～0.95， 用紙絕緣的取0.9;h為定子鐵芯總高度， m;d1為定子鐵芯內(nèi)徑， m;d2為定子鐵芯外徑， m;b為定子鐵芯通風(fēng)槽寬度， m;n為定子鐵芯通風(fēng)溝層數(shù)， m;h1為定子鐵芯槽深， m。定子鐵芯截面積S=Lha， 其中， L=K （h-nb） ， ha= （d2-d1） /2-h1

2.2 勵磁線圈電流I及電源容量P計算

根據(jù)磁勢平衡原理IW1=HLav， 勵磁線圈電流I=HLav/W1=Hπ （d2-ha） /W1。其中， Lav為定子鐵芯平均周長， Lav=π （d2-ha） ;H為磁場強度， 磁通密度在1T時， 電機硅鋼片取 （1.7～2.15） ×102安匝/m。

電源容量。其中， U1為勵磁電源電壓;I為勵磁線圈電流。

2.3 測量線圈匝數(shù)W2計算

根據(jù)變比公式U1/U2=W1/W2， 計算測量線圈匝數(shù)W2=U2W1/U1。其中， U2為測量線圈電壓， 應(yīng)使其在所選電壓表量程的1/3～3/4范圍內(nèi)。

3 試驗接線及設(shè)備儀器選擇

根據(jù)試驗前計算確定的勵磁線圈匝數(shù)、勵磁線圈電流以及所采用的勵磁電源電壓， 計算需要的勵磁線圈總長及選擇勵磁電纜規(guī)格型號;根據(jù)計算確定所需的勵磁電源容量， 選擇所需的勵磁電源設(shè)備;根據(jù)試驗接線圖及試驗前計算數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)規(guī)格型號的測量儀器。勵磁電源一般采用工地現(xiàn)場10kV施工電源。https：//kns.cnki.net/KXReader/Detail/GetImg？filename=images/DGJY201407023_17900.jpg&uid=WEEvREcwSlJHSldSdmVqelcxUzhJV2FFK2s3d2xkcXhyb3pWTDlpM0p2Yz0=$9A4hF_YAuvQ5obgVAqNKPCYcEjKensW4IQMovwHtwkF4VYPoHbKxJw??！

4 溫度測量

GB8564規(guī)范對定子鐵心磁化試驗中鐵芯溫升及相互間溫差， 鐵芯與機座間溫差均有明確要求。溫度測量儀器一般選用酒精溫度計， 溫度計測溫端應(yīng)緊貼測溫點， 并用石棉絨或石棉泥做好保溫。測量過程中， 應(yīng)用埋入定子鐵芯的酒精溫度計監(jiān)視溫度。手持式紅外線點式測溫計跟蹤測量， 及時發(fā)現(xiàn)高溫點并重點監(jiān)控， 以作為溫度測量的校驗數(shù)據(jù)。

圓周4個方位均布置鐵芯齒端測點、磁軛背部測點、定子機座測點。其中鐵芯齒端、磁軛背部每個方位上中下均布置測點， 定子機座每個方位上下齒壓板各布置1個， 總測溫點數(shù)為32個。

酒精溫度計按圓周方向在4個方位均勻布置鐵芯齒端測點、磁軛背部測點、定子機座測點。其中， 鐵芯齒端、磁軛背部每個方位上中下各布置1個測溫點， 定子機座每個方位上下齒壓板各布置1個測溫點， 總測溫點數(shù)為32個。對每個測溫點進(jìn)行編號， 按對應(yīng)編號記錄數(shù)據(jù)。

5 試驗過程

5.1 試驗前準(zhǔn)備工作

試驗前， 監(jiān)理工程師應(yīng)完成對試驗方案的審查批準(zhǔn)， 對試驗儀器、設(shè)備的檢查， 對試驗人員資質(zhì)的審查批準(zhǔn)， 在此基礎(chǔ)上， 還應(yīng)重點檢查以下內(nèi)容。

（1） 核查確認(rèn)定子鐵芯疊裝完成并驗收通過， 穿心拉桿絕緣合格， 拉緊力符合設(shè)計要求。

（2） 全面檢查定子機座和鐵芯的清潔情況， 確保定子機座及鐵芯內(nèi)部 （通風(fēng)槽內(nèi)） 等無金屬異物。

（3） 定子鐵芯疊裝過程中取出所有的槽樣棒及槽楔樣棒。

（4） 用截面積不小于70mm2的銅編織線將定子機座可靠接地。

（5） 檢查試驗設(shè)備、儀器、儀表已準(zhǔn)備到位并滿足試驗要求。

（6） 檢查供電電源已具備試驗條件。

（7） 布置好試驗儀器儀表臺， 準(zhǔn)備好試驗記錄表格。

（8） 在定子鐵芯上按相同方向纏繞勵磁線圈， 由于試驗期間可能需要變更繞組數(shù)， 因此勵磁電纜長度需留有纏繞定子鐵芯2圈的余量。在制作高壓電纜頭后， 勵磁電纜絕緣試驗需合格。

（9） 中小型水輪發(fā)電機定子鐵心磁化試驗一般在定子吊入機坑后進(jìn)行， 勵磁電源取自廠用10kV系統(tǒng)或施工用10kV系統(tǒng)。在機旁需布置10kV高壓開關(guān)柜， 高壓開關(guān)柜需經(jīng)調(diào)試、試驗合格， 不帶負(fù)荷分合閘操作3次正常。

（10） 按試驗方案中的測溫裝置布置要求安裝測溫計。

（11） 為了檢查鐵芯磁場是否均勻， 在鐵芯180°方向?qū)ΨQ布置2組測量線圈。測量線圈用2.5mm2塑料絕緣導(dǎo)線， 按照試驗接線圖纏繞于定子鐵芯上并引接至測量儀表。

（12） 按試驗接線圖接線， 并確保正確。

5.2 試驗步驟

（1） 試驗操作人員、試驗監(jiān)測人員全部就位， 試驗應(yīng)在總指揮的統(tǒng)一口令下進(jìn)行。

（2） 關(guān)閉所有可能照射到定子鐵芯上的照明。

（3） 預(yù)合試驗用斷路器給鐵芯勵磁， 觀察鐵芯及測量表計有無異常， 然后分?jǐn)鄶嗦菲鳌?/p>

（4） 各部位正常后， 記錄各表計的初始值， 合上試驗用斷路器， 同時開始計時。

（5） 每隔10min記錄1次各表計讀數(shù)， 并用紅外測溫儀隨時監(jiān)測各部位溫度， 找出高溫區(qū)進(jìn)行重點監(jiān)測。

（6） 整個試驗持續(xù)90min， 試驗結(jié)束后， 撤除、退場試驗設(shè)備， 并清理試驗區(qū)域。

（7） 鐵心磁化試驗完成并合格后， 重新檢查拉緊螺桿力矩， 若力矩減小， 則重新擰緊拉緊螺桿， 直到每根拉緊螺桿受力達(dá)到廠家要求。

結(jié)束語

發(fā)電機定子鐵心磁化試驗過程中， 利用紅外線熱成像儀進(jìn)行溫度監(jiān)測及分析計算， 目前已得到一定的推廣。紅外線熱成像儀能夠使鐵芯溫度監(jiān)測由點式監(jiān)測轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǚ秶拿媸奖O(jiān)測， 能夠?qū)崟r記錄溫度變化過程并分析溫升及溫差變化情況。

參考文獻(xiàn)

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浙江富春江水電設(shè)備有限公司 311500