發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)方法分析

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)方法分析

仲崇健

(佳木斯電機(jī)股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于各種損耗的存在，會(huì)使發(fā)電機(jī)的定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組及鐵心發(fā)熱而導(dǎo)致溫度升高。如果溫升超過(guò)了絕緣材料的允許工作溫度，就會(huì)加速絕緣老化，從而縮短發(fā)電機(jī)的使用壽命。發(fā)電機(jī)的溫升試驗(yàn)，就是為了在發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，掌握各部分溫度的變化情況，以便將其控制在限額之內(nèi)，確保發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

溫升；發(fā)電機(jī)；試驗(yàn)方法

0 引言

發(fā)電機(jī)是將其它形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備，最早產(chǎn)生于第二次工業(yè)革命時(shí)期，它由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)等其它動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)，將水流、氣流，燃料燃燒等原子核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技及日常生活中有著廣泛的用途。發(fā)電機(jī)的溫升是衡量質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，本文重點(diǎn)分析發(fā)電機(jī)的試驗(yàn)方法。

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溫升試驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)了解發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的額定負(fù)荷能力和過(guò)載能力；

(2)繪制發(fā)電機(jī)在允許的電壓變動(dòng)范圍內(nèi)，及不同冷卻介質(zhì)溫度時(shí)的極限工作能力曲線，從而為發(fā)電機(jī)的運(yùn)行提供依據(jù)；

(3)研究發(fā)電機(jī)各部分溫度與最高發(fā)熱點(diǎn)溫度的關(guān)系，為評(píng)價(jià)和改進(jìn)發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)及通風(fēng)冷卻系統(tǒng)提供依據(jù)；

(4)測(cè)定定子繞組絕緣熱降，研究絕緣熱降所反映的絕緣老化情況；

(5)確定繞組平均溫度、最高發(fā)熱點(diǎn)溫度和檢溫計(jì)反映的溫度之間的關(guān)系，研究準(zhǔn)確監(jiān)視測(cè)量繞組溫度。

2 試驗(yàn)方法

以1000kW應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)為例，采用兩種不同的方法進(jìn)行了溫升試驗(yàn)

(1)采用空載短路法試驗(yàn)，即發(fā)電機(jī)由拖動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，定子在開(kāi)路及短路等狀態(tài)下分別進(jìn)行溫升試驗(yàn)；

(2)采用直接負(fù)載法，即發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行至熱穩(wěn)定狀態(tài)。

以上兩種均為GB/T 1029《三相同步發(fā)電機(jī)試驗(yàn)方法》中推薦采用的發(fā)電機(jī)溫升試驗(yàn)方法，但兩種方法溫升試驗(yàn)結(jié)果卻偏差較大，現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

3 試驗(yàn)對(duì)比分析

3.1 試驗(yàn)方法

根據(jù)GB/T 1029《三相同步發(fā)電機(jī)試驗(yàn)方法》中規(guī)定，溫升試驗(yàn)方法根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備條件可采用直接負(fù)載法、低功率因數(shù)負(fù)載法、空載短路法。本次試驗(yàn)方法分析研究，主要是對(duì)空載短路法和直接負(fù)載法進(jìn)行分析。

3.1.1 空載短路法

被試電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行并進(jìn)行以下四次溫升試驗(yàn)

(1)電機(jī)空轉(zhuǎn)，不加勵(lì)磁，測(cè)得溫升為△θ0；

(2)電機(jī)空載，電樞電壓等于105%額定值，測(cè)得溫升為△θu1；

(3)電機(jī)空載，在鐵心溫升不超過(guò)規(guī)定值的情況下，電樞電壓盡可能接近120%額定值，測(cè)得溫升為△θu2；

(4)電機(jī)三相對(duì)稱短路，電樞電流等于額定值，測(cè)得溫升為△θk。

3.1.2 直接負(fù)載法

試驗(yàn)時(shí)被測(cè)電機(jī)應(yīng)根據(jù)其用途保持在額定工作方式下進(jìn)行，在試驗(yàn)過(guò)程中冷卻介質(zhì)溫度應(yīng)符合GB 755中5.3、5.4、5.5的規(guī)定，并盡量防止突變，每隔30min記錄一次各點(diǎn)數(shù)據(jù)，在電機(jī)各部分溫度漸趨穩(wěn)定階段，每15min或30min記錄一次。當(dāng)電機(jī)各部分溫度變化在最后1h內(nèi)不超過(guò)2K時(shí)認(rèn)為電機(jī)發(fā)熱已達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

3.2.1 空載短路法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

空載短路法溫升試驗(yàn)的具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下

(1)定子溫升

①電機(jī)空轉(zhuǎn)不加勵(lì)磁，測(cè)得溫升為△θ0=3K；

②電機(jī)空載，電樞電壓等于105%額定值，測(cè)得溫升為△θu1=13.2K；

③電機(jī)空載，在鐵心溫升不超過(guò)規(guī)定值的情況下，電樞電壓盡可能接近120%額定值，測(cè)得溫升為△θu2=19.6K；

④電機(jī)三相對(duì)稱短路，電樞電流等于額定值，測(cè)得溫升為△θk=51.5K。

根據(jù)公式

定子溫升=63.4K

(2)轉(zhuǎn)子溫升

①電機(jī)空載，電樞電壓等于105%額定值，測(cè)得溫升為△θu1=7.5K；

②電機(jī)空載，在鐵心溫升不超過(guò)規(guī)定值的情況下，電樞電壓盡可能接近120%額定值，測(cè)得溫升為△θu2=16.7K；

③電機(jī)三相對(duì)稱短路，電樞電流等于額定值，測(cè)得溫升為△θk=31.4K。

電機(jī)機(jī)座表面溫度：65℃(環(huán)境溫度：22℃)

建立以損耗(I2R)為橫坐標(biāo)、溫升(△θ)為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系，根據(jù)試驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度(θc)及對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁繞組損耗和溫度為(75-θc)時(shí)及對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁繞組損耗繪制一條直線，和(2)、(3)、(4)三次溫升試驗(yàn)時(shí)對(duì)應(yīng)的損耗及溫升值繪制的直線交與一點(diǎn)(見(jiàn)圖1)，該點(diǎn)縱坐標(biāo)即為額定工作方式下勵(lì)磁繞組的溫升。

圖1作圖法求勵(lì)磁繞組溫升的曲線

根據(jù)曲線，推出轉(zhuǎn)子溫升：71K。

3.2.3 直接負(fù)載法試驗(yàn)數(shù)據(jù)

直接負(fù)載法溫升試驗(yàn)的具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

發(fā)電機(jī)溫度穩(wěn)定后停機(jī)測(cè)量的定子、轉(zhuǎn)子的直流電阻，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果如下。

定子溫升：110K

轉(zhuǎn)子溫升：133.9K

電機(jī)機(jī)座表皮溫度：90℃(環(huán)境溫度：21℃)

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

由于發(fā)電機(jī)采用兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果相差較大，我們對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了如下分析

(1)從試驗(yàn)方法上，如具備負(fù)載設(shè)備，發(fā)電機(jī)直接負(fù)載法溫升試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果更加接近與發(fā)電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行，試驗(yàn)結(jié)果更加真實(shí)可靠；

(2)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)空載短路法溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真的原因，主要由于空載短路法需進(jìn)行四次溫升試驗(yàn)，而在計(jì)算轉(zhuǎn)子溫升的過(guò)程中需要繪制一條溫升與損耗的曲線，此曲線是由三次測(cè)得的溫升值與對(duì)應(yīng)溫升下的損耗值(I2R)三點(diǎn)描點(diǎn)得到的一條直線，但在實(shí)際繪制過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這三點(diǎn)很難在同一直線上；

(3)根據(jù)空載短路法三相對(duì)稱短路試驗(yàn)時(shí)電機(jī)機(jī)座表面最高溫度65℃(環(huán)境溫度22℃)，直接負(fù)載法電機(jī)機(jī)座表面溫度90℃(環(huán)境溫度21℃)。由于三相短路對(duì)稱短路法時(shí)定子額定狀態(tài)發(fā)熱，轉(zhuǎn)子空載運(yùn)行，因此無(wú)法體現(xiàn)電機(jī)機(jī)座表面的實(shí)際溫度。而直接負(fù)載法屬于實(shí)際工作狀態(tài)，電機(jī)機(jī)座表面溫度應(yīng)為實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的溫度。

5 結(jié)語(yǔ)

由于此發(fā)電機(jī)采用空載短路法和直接負(fù)載法進(jìn)行的溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果偏差較大，因此我們通過(guò)分析認(rèn)為主要原因是由于此發(fā)電機(jī)自身溫度較高，導(dǎo)致空載短路法時(shí)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真，疊加計(jì)算后數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，無(wú)法真實(shí)反映電機(jī)的實(shí)際溫升。所以在新產(chǎn)品進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí)，建議采取直接負(fù)載法進(jìn)行，以確保得到準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

[1] GB 755—2008 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 定額和性能.

[2] GB/T 1029—2005 三相同步發(fā)電機(jī)試驗(yàn)方法.

[3] GB/T 15548—2008 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的三相同步發(fā)電機(jī)通用技術(shù)條件.

[4] 上海電器科學(xué)研究所.中小型電機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

AnalysisonTemperature-RiseTestMethodofGenerator

ZhongChongjian

(Jiamusi Electric Machine Co.,Ltd.,Jiamusi 154002, China)

When a generator is running, stator windings, rotor windings and iron core will generate heat due to the existence of various losses, and then temperatures of them will increase. If their temperatures exceed allowable working temperatures of the insulating material, they will accelerate insulation aging, thus greatly shortening the service life of generator. The temperature-rise test of generator is to understand the temperature change of each part of generator in loading operation and keep it under the limits, so as to ensure the safe operation of generator.

Temperature rise；generator；test method

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2017.05.11

TM306

B

1008-7281(2017)05-0035-003

仲崇健男1983年生；畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電機(jī)專業(yè)，現(xiàn)從事電機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作.

2016-04-20