3#普定電站發電機定子鐵損試驗

鄭平 楊戟

（貴州省水利投資集團公司 貴陽市 550000）

1 概 述

定子鐵損試驗是在定子鐵芯堆積、初步壓緊完成后進行，其目的就是確認定子鐵芯硅鋼片設計制造、現場堆積、壓緊等整體質量，檢查鐵片間是否有短路情況，絕緣是否良好。為了防止運行中因片間短路引起局部過熱，甚至威脅到機組的安全運行,現場疊裝的定子鐵芯必須進行鐵損試驗，通過測量單位鐵損及溫升的方法檢查疊片質量,同時可以通過試驗時的振動和發熱使鐵芯下沉，達到僅由加壓所不能達到的進一步壓緊鐵芯的目的。

鐵損試驗為水電站的重大電氣試驗項目之一，其區別于其它電氣試驗的突出特點是，試驗前后需進行較為復雜的數據計算。

普定水電站位于烏江上游南源貴州省普定縣三岔河中游，距貴陽市125 km。原總裝機容量75 MW，裝設3臺25 MW立軸混流式水輪發電機組。對電站機組進行增容改造，改造后總裝機容量為87 MW，裝設3臺單機容量29 MW的立軸混流水輪發電機組。普定水電站擴容后新3#發電機及定子鐵芯有關參數如下：

發電機型號：SF-J29-30/5900；額定功率：29 MW；視在功率：34.12 MVA；功率因數：0.85（滯后）；額定電壓：Ue=10.5 KV；定子額定電流：1 876 A；機組額定轉速：200 r/min；頻率：f=50 Hz；定子鐵芯外徑：DO=590 cm；定子鐵芯內徑：Di=527.2 cm；定子鐵芯長度：L=97cm；定子鐵芯齒高度：h1=13.88cm；定子通風溝數：n=22；定子通風溝高度：h1=0.8cm。

2 勵磁計算及線圈匝數選擇

2.1 定子鐵芯軛部截面積計算

（1） 定子鐵芯有效長度（Le）。

Le=k（L-Nh2）

式中K——疊壓系數，取0.96（制造廠規定值）；

L——定子鐵芯長度，97 cm；N——定子通風溝數，22；

h2——定子通風溝高度,0.8 cm。

經計算，L=0.96×（97-22×0.8）=76.224 cm。

（2） 鐵芯軛部高度（h）。

h=（DO-Di）/2-h1

式中DO——定子鐵芯外徑,590 cm；

Di——定子鐵芯內徑,527.2 cm；

h1——定子鐵芯齒高度,13.88 cm。

經計算，h=（590-527.2）÷2-13.88=17.52 cm。

（3）磁軛截面積。

S=Le×h

式中Le——定子鐵芯有效長度,76.224 cm；

H——鐵芯軛部高度,17.52 cm。

經計算，S=76.224×17.52=1 335.4 cm2。

2.2 試驗勵磁線圈匝數選擇

W=U×108/（4.44FSB）

式中U——勵磁電壓,選為400 V；

F——頻率,50 Hz；

S——磁軛截面積,1 335.4 cm2；

B——軛部磁通,10 000高斯；

W=400÷(4.44×50×0.13354)=13.49 匝。

試驗時采用13匝。

2.3 定子軛部平均直徑

Dav=DO-h

式中DO——定子鐵芯外徑,590 cm；

H——鐵芯軛部高度,17.52 cm。

經計算，Dav=590-17.52=572.48 cm。

2.4 試驗勵磁電流計算

Ie=πDavHo/We

式中Dav——定子軛部平均直徑；

Ho——單位長度安匝數，制造廠要求取2.0安匝/cm。

經計算，Ie=3.14×572.48×2÷13=276.55 A。

2.5 勵磁容量計算

S=UIe×10-3=400×276.55A×10-3=110.62 kVA

式中U——勵磁電壓,選為400 V；

Ie——試驗勵磁電流，276.55 A。

2.6 測量線圈計算

測量線圈取6匝，測量電壓為184.6 V。

3 試驗電源選擇、試驗接線及設備選用

3.1 試驗所用電源選擇

根據計算所得勵磁容量S=110.62 kVA，而普定電站3#廠用變壓器容量為500 kVA，故選用3#廠變作為試驗電源滿足容量要求。

3.2 試驗接線原理圖（附圖）

附圖 試驗接線原理圖

3.3 試驗設備選用

空氣開關1 000 A：1只；動力電纜ZR-VV3×120+1×70：120 m； 單芯電纜 100 mm2：100 m；HL24流變 1 000/5 A，0.2級：1只；T24-AV多功能交流VA表：1只；D26∕1-W單相低功率因數表：1只；ZC25-4搖表500 V：1只；兆歐表500 V：1只；15B+萬用表：1 只； 交流電流表 0～5A，0.5：1 只；303 紅外線測溫儀：1只；單芯銅芯線2.5 mm2：100 m；接地線50 mm2：20 m。

4 試驗步驟

（1）勵磁線圈按120°三處均布在鐵芯表面，測量線圈位于其中兩處勵磁線圈的中間鐵芯位置，勵磁線圈的電纜應拉緊并靠緊鐵芯表面，測量線圈則貼在鐵芯齒槽底，兩線圈纏繞時電纜均不應交叉。

（2）勵磁線圈引出線裝電流互感器，電流互感器檔位根據實際情況調整，電流互感器二次側電流接入電流表，串入功率表，勵磁線圈接入頻率表。

（3）測量線圈接入電壓表，并入功率表。

（4）調試檢查電源表指示應正確，功率表指針偏轉方向應正確。

（5）定子外殼可靠接地。

（6）測量并記錄定子鐵芯各點初始溫度。

（7）合上斷路器，測量記錄勵磁電壓、勵磁電流、功率表讀數、頻率，記錄測量線圈電壓，測量定子鐵芯各點溫度。

（8）每10min測量記錄一次以上各數據，鐵芯磁振動和聲音應均勻正常，通電試驗持續90min不間斷。

（9）折算鐵損、鐵芯溫升及最大齒溫差，與標準比對是否滿足要求。

5 試驗標準

將鐵損、溫升、溫差換算到10 000高斯時的數值，然后與制造廠規定值及規范要求值進行比較，以此判斷定子鐵芯鐵損試驗是否合格。

（1）實際磁通密度。

φ=UC×108/4.44fSSW（高斯）

式中UC——測量線圈感應電壓值；

fS——實測頻率。

（2）鐵軛重量。

G=π×Dav×S×M×10-3=3.14×572.48×1 335.4×7.65×10-3=18 373.7 Kg

式中M——磁軛密度。

（3）單位鐵損。

WTD=（WT/G）×（10 000/Φ）2（W/Kg）

式中WT——實測總鐵損（功率表讀數×變比）。制造廠設計值總鐵損應小于28.5 kW。（4）鐵芯最高溫升。

T=（Ti-T0）×（10 000/Φ）2（℃）

式中Ti——鐵芯最高溫度；

T0——初始溫度。

按規范要求T不得超過25℃。（5）鐵芯齒最高溫差。

TC=（TCG-TCD）×（10 000/Φ）2（℃）

式中TCG——齒最高溫度；

TCD——齒最低溫度。按規范要求T不得超過15℃。

6 試驗記錄及結論分析

6.1 實測數據整理及計算（表1～表4）

（1） 電氣參數（表 1）。

表1 電氣參數

（2） 鐵芯溫度（表 2）。

（3） 鐵芯齒部溫度（表 3）。

（4） 磁通密度、鐵損換算表（表 4）。

6.2 試驗結論

（1）總鐵損換算至10000高斯時最大值為27.03kW，小于28.5kW。

表2 鐵芯溫度 ℃

表3 鐵芯齒部溫度 ℃

表4 磁通密度、鐵損換算表

（2）鐵芯最大溫升6.6℃，換算至10 000高斯時為 6.6×（10000÷9124.07）2=7.93℃，小于 25℃。

（3）最大齒溫差為5.3℃，換算至10 000高斯時為 5.3×（10 000÷9124.07）2=6.37℃，小于 15℃。

以上3項指標均符合要求，普定電站3#機組定子鐵損試驗合格。

[1]GB/T 20835-2007.發電機定子鐵心磁化試驗導則[S].

[2]GB 8564-2003.水輪發電機組安裝技術規范[S].

[3]GB50150-2006電氣裝置安裝工程.電氣設備交接試驗標準[S].