中小型水輪發(fā)電機(jī)定子鐵損現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

聶文寶

摘要：中小型水輪發(fā)電機(jī)定子受運(yùn)輸尺寸及重量等的限制， 其機(jī)座需分瓣制造并分瓣運(yùn)輸至工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組圓。定子機(jī)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(chǎng)疊裝而成。在鐵芯硅鋼片的制造及現(xiàn)場(chǎng)疊裝過(guò)程中， 可能存在的片間絕緣損壞會(huì)造成片間短路及鐵芯疊裝系數(shù)不滿足要求， 從而在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)由片間短路引起的局部過(guò)熱或由鐵芯疊裝壓緊度不夠引起的鐵損值超過(guò)設(shè)計(jì)和規(guī)范允許值的情況， 進(jìn)而影響機(jī)組性能甚至威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。因此， 在定子鐵芯組裝完畢后， 必須進(jìn)行鐵心磁化試驗(yàn)， 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(jì)要求。

關(guān)鍵詞：中小型;水輪發(fā)電機(jī);定子鐵損

1 試驗(yàn)方法及基本原理

鐵心磁化試驗(yàn)方法：在疊裝好的發(fā)電機(jī)定子鐵芯上纏繞勵(lì)磁繞組后， 往勵(lì)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(shí)鐵芯中會(huì)出現(xiàn)渦流和磁滯損耗， 使鐵芯發(fā)熱。同時(shí)， 在定子鐵芯上纏繞測(cè)量繞組， 通過(guò)測(cè)量繞組感應(yīng)電壓可計(jì)算出實(shí)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(huì)產(chǎn)生較大渦流， 溫度會(huì)很快升高。用埋設(shè)的熱電偶測(cè)量鐵芯及定子機(jī)座的溫度， 計(jì)算出溫升和溫差;用紅外線測(cè)溫儀查找局部過(guò)熱點(diǎn)并進(jìn)行輔助測(cè)溫;根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算出鐵芯總的有功損耗及單位重量損耗， 并與設(shè)計(jì)要求作比較， 以判斷定子鐵芯的制造、疊裝質(zhì)量。

2 試驗(yàn)前的計(jì)算

2.1 勵(lì)磁線圈匝數(shù)W1計(jì)算

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值E=4.44fWBS， 因勵(lì)磁電源電壓U1與勵(lì)磁繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(jì)算出勵(lì)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(lì)磁線圈電流I及電源容量P計(jì)算

根據(jù)磁勢(shì)平衡原理IW1=HLav， 勵(lì)磁線圈電流I=HLav/W1=Hπ （d2-ha） /W1。其中， Lav為定子鐵芯平均周長(zhǎng)， Lav=π （d2-ha） ;H為磁場(chǎng)強(qiáng)度， 磁通密度在1T時(shí)， 電機(jī)硅鋼片取 （1.7～2.15） ×102安匝/m。

電源容量。其中， U1為勵(lì)磁電源電壓;I為勵(lì)磁線圈電流。

2.3 測(cè)量線圈匝數(shù)W2計(jì)算

根據(jù)變比公式U1/U2=W1/W2， 計(jì)算測(cè)量線圈匝數(shù)W2=U2W1/U1。其中， U2為測(cè)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(yàn)接線及設(shè)備儀器選擇

根據(jù)試驗(yàn)前計(jì)算確定的勵(lì)磁線圈匝數(shù)、勵(lì)磁線圈電流以及所采用的勵(lì)磁電源電壓， 計(jì)算需要的勵(lì)磁線圈總長(zhǎng)及選擇勵(lì)磁電纜規(guī)格型號(hào);根據(jù)計(jì)算確定所需的勵(lì)磁電源容量， 選擇所需的勵(lì)磁電源設(shè)備;根據(jù)試驗(yàn)接線圖及試驗(yàn)前計(jì)算數(shù)據(jù)選擇相應(yīng)規(guī)格型號(hào)的測(cè)量?jī)x器。勵(lì)磁電源一般采用工地現(xiàn)場(chǎng)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(cè)量

GB8564規(guī)范對(duì)定子鐵心磁化試驗(yàn)中鐵芯溫升及相互間溫差， 鐵芯與機(jī)座間溫差均有明確要求。溫度測(cè)量?jī)x器一般選用酒精溫度計(jì)， 溫度計(jì)測(cè)溫端應(yīng)緊貼測(cè)溫點(diǎn)， 并用石棉絨或石棉泥做好保溫。測(cè)量過(guò)程中， 應(yīng)用埋入定子鐵芯的酒精溫度計(jì)監(jiān)視溫度。手持式紅外線點(diǎn)式測(cè)溫計(jì)跟蹤測(cè)量， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)高溫點(diǎn)并重點(diǎn)監(jiān)控， 以作為溫度測(cè)量的校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

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

酒精溫度計(jì)按圓周方向在4個(gè)方位均勻布置鐵芯齒端測(cè)點(diǎn)、磁軛背部測(cè)點(diǎn)、定子機(jī)座測(cè)點(diǎn)。其中， 鐵芯齒端、磁軛背部每個(gè)方位上中下各布置1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)， 定子機(jī)座每個(gè)方位上下齒壓板各布置1個(gè)測(cè)溫點(diǎn)， 總測(cè)溫點(diǎn)數(shù)為32個(gè)。對(duì)每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)， 按對(duì)應(yīng)編號(hào)記錄數(shù)據(jù)。

5 試驗(yàn)過(guò)程

5.1 試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

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

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

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

（3） 定子鐵芯疊裝過(guò)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(jī)座可靠接地。

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

（6） 檢查供電電源已具備試驗(yàn)條件。

（7） 布置好試驗(yàn)儀器儀表臺(tái)， 準(zhǔn)備好試驗(yàn)記錄表格。

（8） 在定子鐵芯上按相同方向纏繞勵(lì)磁線圈， 由于試驗(yàn)期間可能需要變更繞組數(shù)， 因此勵(lì)磁電纜長(zhǎng)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(lì)磁電纜絕緣試驗(yàn)需合格。

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

（10） 按試驗(yàn)方案中的測(cè)溫裝置布置要求安裝測(cè)溫計(jì)。

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

（12） 按試驗(yàn)接線圖接線， 并確保正確。

5.2 試驗(yàn)步驟

（1） 試驗(yàn)操作人員、試驗(yàn)監(jiān)測(cè)人員全部就位， 試驗(yàn)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(yàn)用斷路器給鐵芯勵(lì)磁， 觀察鐵芯及測(cè)量表計(jì)有無(wú)異常， 然后分?jǐn)鄶嗦菲鳌?/p>

（4） 各部位正常后， 記錄各表計(jì)的初始值， 合上試驗(yàn)用斷路器， 同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。

（5） 每隔10min記錄1次各表計(jì)讀數(shù)， 并用紅外測(cè)溫儀隨時(shí)監(jiān)測(cè)各部位溫度， 找出高溫區(qū)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。

（6） 整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)90min， 試驗(yàn)結(jié)束后， 撤除、退場(chǎng)試驗(yàn)設(shè)備， 并清理試驗(yàn)區(qū)域。

（7） 鐵心磁化試驗(yàn)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(yǔ)

發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)過(guò)程中， 利用紅外線熱成像儀進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)及分析計(jì)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(cè)由點(diǎn)式監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǚ秶拿媸奖O(jiān)測(cè)， 能夠?qū)崟r(shí)記錄溫度變化過(guò)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