發電機定子鐵芯試驗方案的研究與探討

甘輝霞 王崢 陳鐵

摘 要：發電機定子鐵芯損耗試驗是發電機交接試驗中的重要項目之一，可對發電機制造、安裝和運行中的缺陷進行檢測。本文從實驗參數計算、實驗接線、實驗步驟和實驗結果等方面對進行了分析和總結，可有效地提高現場發電機定子鐵芯損耗試驗水平。

關鍵詞：發電機；定子鐵芯；磁化試驗

運行中發電機定子鐵芯疊片間絕緣一旦發生被破壞，容易發生短路。短路引起會導致鐵芯局部過熱，進而引發繞鐵芯燒損的事故。發電機在安裝、檢修或運行過程中的受熱和受力都可能造成疊片間的絕緣破壞，因此定子鐵芯在安裝或檢修完成后，必須通過鐵芯損耗試驗（簡稱“鐵損試驗”）對鐵芯絕緣進行檢測[ 1 ]。

1 試驗原理和標準

鐵損試驗通過對定子鐵芯持續施加交流電，期間測量鐵芯的損耗并監視鐵芯溫度。交流電產生飽和磁通，該磁通會引起較大的渦流損耗，引發鐵芯發熱。當局部存在絕緣缺陷時，鐵芯溫度會出現異常。因此在試驗過程中只要溫度沒有出現異常，即可認定鐵芯的絕緣滿足標準。

根據現行的標準[ 2-4 ]鐵損試驗的磁通密度一般取1.0T（最低不小于0.9T）。但為了保證在試驗后期仍然具備足夠的磁感應強度，計算值可以選為1.1～1.2T [ 2 ]，再按照1.0T對試驗數據進行折算。試驗持續時間為90min，實驗期間鐵芯齒部的最高溫升不超過25K，各齒部的最大溫差不超過15K。

2 試驗方案

鐵損實驗接線如圖1所示，勵磁電纜均勻纏繞鐵芯，通過PT和CT對勵磁電壓和電流進行測量。勵磁電源的電壓等級、勵磁線圈的匝數根據發電機的電壓等級和實際尺寸進行計算。

2.2 勵磁電壓的計算

勵磁電源的電壓可以選為1 kV、6.3 kV或10 kV，一般根據現場的實際情況確定。電壓確定后計算勵磁電纜截面和線圈匝數。計算方法如下：

按照公式（4）計算勵磁線圈匝數，根據（5）（6）計算勵磁線圈電流和試驗變壓器容量，比較在不同電壓下的計算結果確定最終的方案。

2.3 計算實例

對某電廠的發電機進行鐵損實驗，表1為某發電機的實際尺寸。通過計算，鐵芯的有效斷面和勵磁線圈安匝數見表2。

勵磁電壓分別取為1 kV、6.3 kV或10 kV，計算結果見表3。由結果可見，所選電纜截面、接線方式與電壓水平有關，電壓等級越低，截面越大，接線方式越復雜，考慮到試驗的方便性，大型發電機勵磁電源的電壓根據廠用高壓電源選為6kV或10KV [ 2 ] 。

3 試驗流程

3.1 試驗準備工作

1）勵磁繞組放置于齒部，測量繞組放置于槽底，勵磁線圈與鐵芯之間加墊厚橡皮，勵磁電纜和測量電纜拉緊，緊靠定子鐵芯。

2）在定子圓周等分布置熱電偶進行溫度測量，采用遠紅外測溫儀對重點區域進行測量。

3）確保定子基礎板與支墩連接穩固，并將定子外殼可靠接地。

4）檢查并清除鐵芯通風溝及上、下端處可能遺留的金屬遺物，檢查接線的正確性及接線頭是否牢靠。

5）試驗需測量勵磁繞組與定子鐵芯的絕緣電阻；整定好高壓開關柜保護裝置，檢查開關動作可靠；檢查線路及高壓熔斷器，應滿足鐵損試驗的需要。

3.2 試驗操作流程

1）記錄鐵芯的初始溫度及環境溫度；

2）投電源，監視電壓、電流、功率值，各儀表指示值應與估算值無太大差別；觀察定子鐵芯各部位聲音及振動情況，若有冒煙、局部嚴重發熱及異常聲響時立即跳開高壓開關；

3）通電1分鐘，檢查有無異常情況；根據電壓、電流值核實試驗工況，磁通密度應在1T左右，否則應改變勵磁繞組匝數。

4）電源持續投入90分鐘，每隔10分鐘記錄一次表計讀數和溫度值，用遠紅外測溫儀測量鐵芯表面溫度，找出局部過熱點；達到試驗時間后，切斷電源、結束試驗。

3.3注意事項

勵磁線圈和測量線圈必須絕緣良好，避免因導線絕緣不良發生對地短路燒傷鐵芯；避免用金屬物件（如鋼尺、無絕緣的電纜、水銀溫度計等）靠近鐵芯，防止金屬工具、雜物等落在發電機內；試驗設備接地應可靠；當發現數據異常、鐵芯松動或通風溝內有殘余金屬雜物等異常情況時應立即終止試驗；試驗時保證好施工電源可靠。

4 試驗分析

綜上所述，鐵損試驗標準包含以下特點：

1）磁感應強度按1T折算，試驗持續時間90min。

2）單位鐵損應符合制造廠規定，由于大中型機組的定子鐵芯均是現場疊壓，且使用不同牌號的進口硅鋼片， 控制值按材料的特征單位損耗乘以系數得到。

3）很難直接從單位損耗中作出有效判斷，因此國際標準IEC、IEEE中均未把單位損耗作為試驗判據，必須結鐵芯的溫度進行判斷。

4）鐵芯最高溫升不得超過25K；相互間最大溫差，不得超過15K，或熱點溫度不超過平均溫度10K以上；溫差以同一測量手段測得的數據計算得到。鐵芯與機座的溫差符合制造廠規定。

參考文獻：

[1] 李建民，朱康.高壓電氣設備試驗方法[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] GB50150—2006.電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準.中國計劃出版社，2006.

[3] DL/T5420-2009 .水輪發電機定子現場裝配工藝導則.中國電力出版社，2009.

[4] GB/T8564—2003.水輪發電機安裝技術規范》中國標準出版社，2003.

[5] 徐鳴琴，楊浩忠.三峽左岸電站大型水輪發電機定子鐵心磁化試驗.水電站機電技術，2005（2）.

作者簡介：

甘輝霞（1974-），女，漢族，湖北公安人，碩士，高級職稱，研究方向：電氣工程。

注：本文由面向設備的水電站輔助設備仿真研究（宜昌市自然科學研究與應用項目A15302a11）資助。