發電機定子鐵芯損耗試驗方法研究

孟　萍，李　寧，郭俊紅（華能雨汪電廠，云南曲靖655507）

發電機定子鐵芯損耗試驗方法研究

孟萍，李寧，郭俊紅
（華能雨汪電廠，云南曲靖655507）

發電機定子鐵芯是發電機的核心部件，隨著大機組投產的數量增多，定子鐵芯出現故障的現象也越來越多，需要現場進行試驗，查找故障點。詳細闡述發電機定子鐵芯損耗試驗的原理、現場試驗接線、試驗結論等，為其它電廠進行現場定子鐵芯損耗試驗提供經驗。

發電機；定子；鐵芯損耗

1　引言

發電機定子鐵芯由硅鋼片疊合組裝而成，疊片間存在短路故障時，會導致運行中出現局部過熱的危險。過熱點的擴展會致使繞組絕緣損壞或鐵芯燒損等。對于大型發電機而言，鐵芯過熱故障所帶來的影響非常嚴重。因此，在發電機交接試驗、局部或全部更換定子繞組前后，以及在發現定子鐵芯有損傷等缺陷時，必須對定子進行鐵芯損耗試驗，以測定鐵芯單位質量的損耗，測量鐵軛和齒的溫度，檢查各部溫升是否超過規定值，從而綜合判斷鐵芯片間的絕緣是否良好［1］。

2　試驗原理

電機鐵損試驗的基本原理是：在疊裝完成的發電機定子鐵芯上纏繞勵磁繞組，給繞組中通入交流電流，使之在鐵芯內部產生接近飽和狀態的交變磁通，從而在鐵芯中產生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發熱。同時，鐵芯中疊片間絕緣受損或劣化部分在勵磁電流的作用下，會產生較大的渦流，溫度很快升高。

在鐵芯上纏繞測量繞組，測量其感應電壓，計算出鐵芯總的有功損耗。根據測量結果與設計要求、規程的比較，來判斷定子鐵芯的制造、安裝質量及受損程度。

2.1試驗線路組成

按照試驗接線圖連接儀表、電源，其鐵芯內的損耗用瓦特表測量，將瓦特表的電流線圈接至電流互感器上，瓦特表的電壓線圈接到測量線圈上，檢查接線正確性，特別注意測量儀表與線圈的極性應正確。全部接線完成后，用500V兆歐表測量勵磁繞組、測量繞組的回路絕緣電阻，其值應不小于1MΩ。勵磁繞組纏繞部位的定子鐵芯，端部應墊較薄的環氧板或支撐板，不應與定子鐵芯或繞組直接接觸。試驗接線圖如圖1所示。

圖1　試驗接線圖

2.2儀器儀表配置

低功率因素電壓表：0V－600V，0.5級，共4塊；

低功率因素功率表：0A－5A，0V－600V，2.5級，2塊；

低功率因素電流表：0A－5A，0.5級，1塊；

頻率表（萬用表代替）：1塊；

測量回路電流互感器：4000／5，1只；

W1：勵磁線圈軟電纜截面積為3×185（mm2），長度為350m；

W2：測量線圈電纜截面積為4mm2，長度為30m；

V1：電壓表0V－150V；

紅外線成像儀。

2.3試驗方法

2.3.1試驗電源容量選用

根據試驗參數計算，擬選用800V試驗電壓，電源變壓器選用2A、2B汽機變，低壓側串聯方式，并解開2A、2B汽機變低壓側中性點接地銅排（N線），在2A、2B汽機變間選擇一個接地點，確保變壓器絕緣電壓在允許范圍內。汽機變容量為1600kVA，額定電壓為6.3±2×2.5%／0.4kV，接線組別Dyn：11，短路電抗Ud＝6%。

2.3.2勵磁線圈匝數和截面面積

根據計算得出勵磁線圈為0.94899匝，選取整數1匝，勵磁線圈纏繞在定子鐵芯上。依據勵磁線圈電纜截面積每平方毫米銅線電流密度不大于3安培的原則，計算勵磁線圈電流為1212.2A，實際電流將比此電流要小，擬采用截面積為3×185（mm2）、電壓等級為400V的絕緣電纜（三芯并接使用）。

2.3.3纏繞測量線圈

測量線圈擬選用1根4mm2絕緣銅芯獨股電纜30m，采用同樣的纏繞1匝在定型子鐵芯上，并使勵磁繞組和測量繞組互相垂直。

2.3.4保護定值的修改

2A、2B汽機變高壓側6kV斷路器，即6kV保護裝置配置保護：速斷電流保護、限時速斷保護、負序電流保護（負序過流一段、二段）、高壓側零序過流保護、高壓側過電流保護、高壓側過負荷保護、低壓側零序電流保護、變壓器溫度保護。保護整定：因負荷不平衡，負序電流保護、高壓側零序過流保護、低壓側零序電流保護應退出。

2.4相關參數的計算

發電機定子鐵芯剖面圖如圖2所示。定子鐵芯參數如下。

定子鐵芯總長L1 6.731m

定子鐵芯通風溝數n 83

定子鐵芯通風溝寬b 0.0087m

定子鐵芯內徑D2 1.312m

定子鐵芯齒高ha 0.1763m

定子鐵芯外徑D1：2.625m

定子鐵芯有效長度：L＝K（L1－nb）＝0.94×（6.731－83×0.0087）＝5.6484m

定子鐵芯軛部截面積：S＝L×h＝5.6484×0.4802＝2.71236m2（即為27123.6cm2）

圖2　定子鐵芯剖面圖

K為定子鐵芯填充系數，硅鋼片片間用漆絕緣在0.93－0.95之間，K取0.94。

2.4.1勵磁線圈匝數W1

式中：U1為勵磁線圈電壓，即兩臺汽機變低壓側串聯電壓800V；

f為電源頻率，即系統頻率50Hz；

B為試驗時鐵芯軛部磁通密度，透平型同步發電機取1.4T，水輪發電機取1.0T。實際選取1匝。

2.4.2勵磁線圈的電流Ie

式中：定子鐵扼平均直徑Dav＝D1－h＝2.625－0.4802＝2.1448m

Ho為單位長度安匝數，磁通密度在1.4T時，取1.8安匝／厘米；

2.4.3勵磁線圈的功率S

S＝KSU1I×10－3＝1.1×800×1212.2×10－3

＝1066.736kVA

式中：KS一般取1.1。

（取容量不小于1066kVA的三相電力變壓器）

2.4.4測量線圈匝數W2

測量線圈匝數W2考慮為1匝，有：

測量線圈的電壓應使其在電壓表量程范圍內，故考慮取U2為1000V以下。

3　發電廠現場試驗實例

電廠在檢修過程中，發電機抽出轉子后，檢查鐵芯內部有拉傷現象，另外，在發電機汽、勵端發現定子鐵芯端頭槽楔有松動，需對松動的槽楔進行更換。鑒于以上問題，需檢測鐵芯是否有局部過熱現象，并針對存在問題進行處理，消除設備安全隱患。

3.1測試數據

鐵損試驗電氣參數如表1所示。

3.2試驗發電機參數

發電機參數如表2所示。

表2　發電機主要性能參數

3.3試驗結果與分析

試驗持續90min，在試驗持續的過程中，定子鐵芯發熱均勻，沒有出現過熱點。試驗過程中定子鐵芯的紅外熱成像圖如圖3所示。鐵損試驗最高溫升及最大溫差均在合格范圍內，鐵損試驗合格。

鐵芯溫度以定子鐵芯測溫電阻所測量溫度為主，紅外線測溫儀監視其它部位溫度，溫升計算以定子鐵芯測溫

圖3　定子鐵芯紅外熱成像圖

電阻所測量讀數為準，共計10點。

4　結論

本廠發電機定子鐵芯損耗試驗順利完成，整個試驗過程中，鐵芯振動正常，無局部過熱及冒煙現象；通風溝、定位筋、拉緊螺桿、機座內部等無異常聲響及松動情況。在試驗過程的方法正確、數據可靠，發電機定子鐵芯的性能達到了發電機組性能要求。

利用現有的試驗設備，在運行現場對發電機進行定子鐵芯損耗試驗，磁通量可以達到1.23T，完全滿足《電氣設備預防性試驗規程》試驗磁通量為1.0T的要求。傳統的大功率電源勵磁試驗方法可以提供一定的磁通量，配合紅外成像儀能直觀地發現整體及局部的故障點。大功率電源勵磁試驗方法的缺點是試驗設備比較笨重，試驗電源容量要求較大。

［1］DL／T 596－1996.電力設備預防性試驗規程.北京：中國電力出版社，1997.

［2］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.

郭俊紅（1980－），云南曲靖人，本科生，現就職于華能雨汪電廠繼電保護班。

Research on generator stator core loss test method

MENG Ping，LI Ning，GUO Jun－hong
（Huaneng Yuwang Power Plant，Qujing 655507，China）

The stator core is the key part of the generator.As the increasing of the number of the large generating sets，the fault phenomena of the stator core occur more and more，and it needs the field test and fault removal.The principle of the loss test for generator stator core，the field test connections and the test results are given，which provide experience for the field stator core loss tests of the other power plants.

generator；stator；iron core loss

TM31

A

1005—7277（2016）01—0055—03

孟萍（1982－），女，山東泰安人，碩士研究生，現就職于華能雨汪電廠繼電保護班。

李寧（1984－），男，云南曲靖人，本科生，現就職于華能雨汪電廠檢修部專工。

2015－12－02