CCS電站磁化試驗淺析

趙貝，李卓

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，云南昆明650001）

CCS電站磁化試驗淺析

趙貝，李卓

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，云南昆明650001）

厄瓜多爾CCS電站共有8臺單機容量205 MW水輪發電機組。發電機定子機座由鋼板焊接而成，由于運輸限制定子機座需分瓣運輸，在現場組裝。磁化試驗是發電機定子鐵芯硅鋼片疊合組裝完成后必須進行的一項重要試驗，其目的是檢查定子鐵芯制造和現場安裝的整體質量、片間的絕緣是否良好，如果絕緣損壞會造成短路，在短路區域形成局部過熱，威脅機組的安全運行。本文將對磁化試驗的方法，試驗參數，試驗數據進行詳細說明，供同類機組試驗時借鑒。

定子磁化試驗；電源容量；數據分析

1　工程概況

厄瓜多爾辛科雷水電站位于厄瓜多爾納波省的可卡科多河，距首都基多140 km，電站總裝機1 500 MW，電站機組為哈電總承包，電站共有8臺單機容量205 MW水輪發電機組。發電機定子機座由鋼板焊接而成，由于運輸限制，定子機座需分瓣運輸，在現場組裝。定子鐵芯采用0.5 mm低損耗、無時效、高導磁系數、單位磁滯損耗不大于2.4 W/kg（B=1.0 T），頻率為60 Hz的優質薄硅鋼片疊裝成整圓。薄硅鋼片的性能符合美國材料和試驗協會ASTM A876-09的有關規定。

2　試驗基本原理及方法

2.1定子磁化試驗接線（圖1）

圖1　定子磁化試驗接線簡圖

2.2發電機額定值及與定子鐵芯磁化性能測試相關的參數

型號：SF184.5-24/6800

額定容量：184.5 MW/205 MVA

額定功率因數：0.9

額定電壓：13.8 kV

額定電流：8 576.6 A

額定轉速：300 r/min

定子鐵芯槽數：324槽

定子鐵芯外徑：D外=6 800 mm

定子鐵芯內徑：D內=5 950 mm

定子鐵芯高度：L=2 700 mm

定子鐵芯槽深：h=157.2 mm

定子鐵芯通風溝層數：n=64

定子鐵芯通風溝高度：b=6 mm

定子鐵片厚度：0.5 mm（平均值）

定子鐵片標準損耗：≤2.4 W/kg（1.0 T 60 Hz）

鐵芯比重：ρ=7.6 T/m3

3　試驗理論計算

3.1勵磁線圈安匝數（AW）計算

h—定子鐵芯槽深15.72（cm）

ha—軛部寬度：ha=（D外-D內）/2-h=（680-595）/2-15.72=26.78（cm）

H0—單位長度安匝數，磁通在1 T時，暫取2.2安匝/cm。

D外—鐵芯外徑680（cm）D內—鐵芯內徑595（cm）

AW=π（D外-ha）·H=3.1416×（680-26.78）× 2.2≈4515（安匝）

3.2勵磁繞組匝數W1的計算

S=k·（L-n·b）·ha

=0.95×（270-64×0.6）×26.78≈5892（cm2）

S—定子鐵芯軛截部面積（cm2）

k—定子鐵芯疊壓系數，片間用絕緣漆時取0.93～0.95，這里取0.95。

因輸入電壓為13.8 kV電源，則：

W1—勵磁繞組匝數，

σ—考慮漏磁及線路壓降后的系數，這里暫取1.1 U1—勵磁電源電壓，選13 800（V）

試驗時鐵芯扼部磁通密度B=1.0 T，頻率f=60（Hz）

3.3勵磁繞組電流I1（全電流）的計算

CCS水電站定子鐵芯磁化試驗采用13.8 kV電源，則：

流量系數β取3.0 A/mm2，考慮實際測試時的試驗余量，勵磁電流按1.15倍考慮為65 A。

勵磁電纜截面積SL=I1/β=65.0/3.0≈21.7（mm2）

考慮電纜發熱留1.4倍余量，勵磁電纜采用無鎧裝軟銅芯13.8 kV單芯35 mm2交聯電力電纜。

3.4試驗時需要電源提供的視在容量近似值計算

該容量要求安裝現場的電網必須具備：900kVA、13 800 V兩相長期供電運行的能力。

3.5磁通密度測量計算

當定子軛部磁通密度為B=1.0 T時，單匝測量線圈感應電勢為：

采用13.8 kV電源，則：

采用單匝測量線圈，300 V電壓表測量。

實際磁通密度：

U2—測量線圈端電壓（V），W2—測量線圈匝數（匝），S—有效鐵芯軛部的截面積（m2）

3.6試驗時磁通密度的實際值

試驗結束后，將試驗數據換算到1 T時，判斷溫升、溫差及單位鐵損是否合格。

U2—測量線圈感應電壓值（V）

W2—測量線圈匝數（匝）

f′—實測頻率

B′—試驗時磁通密度（T）

3.7鐵芯重量

Dav—鐵芯平均直徑（D外-ha）（m）

3.8 1 T時定子有效鐵芯單位鐵損

△P=（Pfe/G）×（1/B′）2（W/kg）

Pfe—實測總損耗（W）

按照主機合同相關條款，實測單位鐵損應不大于2.4 W/kg。

3.9鐵芯最高溫升

t3—最高鐵芯溫度t0—鐵芯起始溫度按標準規定，△t1不得大于25℃。

3.10鐵芯最高溫差

t1—90 min時最高鐵芯溫度

t2—90 min時最低鐵芯溫度

按標準規定，△t2不得大于15℃。

4　試驗數據分析

4.1磁化試驗數據

磁化試驗數據見表1所示。

（1）電源電壓測量值U1′是勵磁線圈PT二次側電壓表讀數，電源電壓實際值U1是勵磁線圈電壓（V）。

（2）電流測量值I1′是勵磁線圈CT二次側電流表讀數，電流實際值I1是勵磁線圈電流（A）。

（3）感應電壓U2是測量線圈端電壓（V）。

（4）頻率f是頻率表讀數（Hz）。

（5）實際磁通密度B=U2/4.44fSW2（T）

（6）PFe：實測鐵芯總損耗PFe=P×（W1/W2）×n變比（W）×K

K=電壓量程×電流量程×功率因數/讀數量程=300×5×0.2/150=2。

表1　CCS電站8號機定子磁化試驗數據試驗時間：2015.06.23

（7）折算到1 T時鐵芯軛部單位質量鐵損△P=（PFe/G）×（1/B）2（W/kg）。

（8）P是功率表讀數。

（9）（1/B）2為折算系數。

（10）n變比為CT變比。

（11）W1/W2為電壓變比。

4.2 CCS電站8號機定子磁化試驗溫升記錄

磁化試驗溫升記錄如表2所示。

表2　磁化試驗溫升記錄

4.3數據分析

通過對8號機定子磁化試驗數據進行分析：鐵芯單位鐵損平均值為1.644 9 W/kg，最高溫升為9.768 K，最大溫差為5.192 K，3項指標均滿足要求。

4.4磁化試驗要點分析

由于CCS電站地處厄瓜多爾山地區域，且廠用電及生活用電均采用柴油發電機組并網供電，所以現場磁化試驗電源只能采用柴油發電機組供電。考慮到定子磁化試驗沖擊合閘勵磁涌流為正常值的4～5倍，將理論計算所得900 kVA考慮安全系數為4所得試驗容量為3 600 kVA，實際CCS電站現場柴油發電機保障供電為4 100 kW，通過了8臺定子的磁化試驗。

5　結束語

CCS電站安裝精度要求高，定子安裝工期緊張，我們通過理論計算與實際試驗取值相結合的方法，制定了詳細的試驗方法，較好的保證了定子鐵芯安裝質量的驗收。電源容量考慮安全系數為4，可靠的保證了CCS定子8臺機組的定子磁化試驗順利通過。

TK730.7

B

1672-5387（2016）09-0007-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.003

2016-04-15

趙貝（1987-），男，助理工程師，從事電氣試驗工。