周寧抽蓄電站1 號發電機定子鐵心磁化試驗

朱麗清

（華電福新周寧抽水蓄能有限公司，福建 寧德 352000）

1 概述

周寧抽水蓄能電站發電電動機由哈爾濱電機廠有限責任公司制造，總裝機容量為1 200 MW,單機容量30 MW，發電機額定功率為15.75 kV,為立軸半傘式發電電動機。發電機組定子機座采用上、下環的鋼板焊接結構，機座分2 瓣制造和運輸，在工地安裝間組焊后進行疊片、下線。定子鐵心高3 200 mm，全圓由25.5 張沖片疊成，其設計內徑為Ф5 450 mm，外徑為Ф6 630 mm。定子鐵心磁化試驗于2021 年11 月27 日順利完成。

2 發電機基本參數

試驗過程中的發電電動機參數見表1。

表1 發電電動機參數

3 磁化試驗

3.1 試驗基本原理及方法

在1 號機組鐵心疊片工作完成后，先在壓緊后的定子鐵心上纏繞勵磁繞組，然后在繞組中通入一定的交流電流，使得鐵心內部產生接近飽和狀態的交變磁通，鐵心在交變的磁通中會產生渦流和磁滯損耗，從而促使鐵心發熱，溫度升高。如有某處鐵心片間絕緣損壞或者劣化，該受損部分就會產生較大的渦流，溫升會加快，從而找出過熱點。

用酒精溫度計測量鐵心、上下壓板溫度，計算出溫升和溫差；用紅外線測溫儀查找局部過熱點及輔助測溫；在鐵心上纏繞測量線圈測鐵心比損耗。將最后測量計算出來的數值與標準要求比較，以此來判斷定子鐵心疊裝后質量優劣。

圖1 磁化試驗接線圖

3.2 試驗參數計算

試驗前需要計算勵磁線圈安匝數、勵磁繞組匝數和勵磁繞組電流：

（1）勵磁線圈安匝數計算IW1

IW1=π(D1-hys)·H

式中：

D1—鐵心外徑(m)；hys—定子鐵心軛高(m)；H—定子軛部磁場強度，硅鋼片在1.0 T（水輪發電機）磁通時，取200(A/m)。

hys=(D1-Di1)/2-hs

Di1—鐵心內徑(m)

hs—定子鐵心槽深(m)

hys=(D1-Di1)/2-hs=(6.63-5.45)/2-0.175 1=0.414 9(m)

IW1=π(D1-hys)·H=3.141 6×(6.63-0.414 9)×200 ≈3 905.00(安匝)

（2）計算勵磁繞組匝數W1

kFe—定子鐵心疊壓系數，取0.96。

軛部的有效截面積Q=kF·e(l-n·vbv)·hys

Q=0.96×(3.2-79×0.005)×0.414 9 ≈1.117 243(m2)

W1—勵磁繞組匝數；U1—勵磁線圈電壓（V），采用10 kV 電源。

試驗時鐵心扼部磁通密度B=1 T，頻率f=50 (Hz)

勵磁繞組匝數W1=U1/4.44fQB=10 000/(4.44×50×11 172.43×10-4)≈40.32（匝）

考慮線路壓降，為使磁感應強度略大于1 T，勵磁繞組匝數取40 匝。

（3）計算勵磁繞組電流I1（全電流）

I1＝IW1/W1＝3 905/40 ≈97.63 A

載流系數β取3.0 A/mm2

勵磁電纜截面積SL=I1/β=97.63/3.0 ≈32 mm2

勵磁電纜采用10 kV 無屏蔽交聯電力電纜或硅橡膠移動軟電纜，型號規格：1×70 mm2。

（4）需要的視在功率近似值

S=U1I/1 000=10 000×97.63/1 000=976.3 kVA

由于定子鐵心磁化試驗的電源引接自周寧抽蓄提供的10 kV 電源，因此在定子鐵心磁化試驗期間，應滿足廠房供電電源不小于2 000 kVA。

（5）磁通密度測量

當定子軛部磁通密度為B＝1 T 時，單匝測量線圈的感應電勢為：

U2=4.44BQfW2=4.44×1.117 243×50 ≈248.03 V

采用單匝測量線圈，電壓表600 V 檔位測量。

實際磁通密度

B=U2/4.44QfW（2T）；U2—測量線圈端電壓（V）；W2—測量線圈匝數；Q—有效鐵心軛部的截面積（m2）；f—磁化試驗的電源實際頻率。

3.3 磁化試驗標準

試驗結束后，將試驗數據換算到1 T 時溫升、溫差和單位鐵損，檢驗是否合格。

（1）試驗時磁通密度

B=U2/4.44f1QW2（單位：T）；U2—測量線圈電壓（V）；W2—測量線圈匝數；f1—實測頻率（Hz）；B—實驗時磁通密度（T）。

（2）鐵心軛部質量

m=π（D1-hys）Qρ=3.141 6×（6.63-0.414 9）×1.117 243×7.6×103≈165 790.7kg

（3）換算到磁通密度1 T 和基準頻率f0（50 Hz）時定子鐵心比損耗P1(1.0)

P1（1.0）=(P/m)（W1/W2）（1/B）2；P—實測功率（W）；P1（1.0）≤1.3Ps(1.0）（機組額定功率＜500 MW）。

（4）鐵心最大溫升限值

在規定的磁通密度下，試驗經過規定時間后，定子鐵心最大溫升限值≤25 K。

（5）鐵心最高溫差

在規定的磁通密度下，試驗經過規定時間后，鐵心相同部位（定子齒或槽）溫差限值≤15 K。

3.4 試驗前準備

為了確保試驗的準確性和保證試驗安全進行，試驗前，施工安裝方需要對定子各部位進行完全徹底的清掃，全面檢查機座和鐵心，檢查通風溝、上下端部位置、各環板間無殘留金屬物件和其它雜物，定子槽內不得有槽樣棒遺留。將定子機座與基礎支墩再次緊固，并用不小于50 mm2銅芯線接地使定子機座可靠接地。同時，鐵心及上下齒壓板RTD 必須短接接地，定子鐵心拉緊螺桿絕緣電阻符合廠家技術要求。

3.4.1 開關柜及電源

為確保試驗和供電安全，周寧抽水蓄能電站定子鐵心磁化試驗的試驗電源由地下廠房臨時施工變壓器的10 kV 高壓側接入，變壓器高壓側10 kV 進線為3×120 mm2電纜，滿足試驗需求。同時在被試定子鐵心附近5 m 處設置一臺10 kV 真空斷路器的高壓開關柜，此高壓開關柜配有電壓互感器、電流互感器、相關保護裝置等設備，高壓開關柜10 kV 進線電纜采用1 根10 kV，3×120 mm2的高壓供電電纜連接。周寧抽蓄電站施工電源10 kV 地下廠房線，在鐵心磁化試驗期間禁止有其他負荷使用。

3.4.2 勵磁線圈纏繞

為降低由于磁密不均所引起的誤差，勵磁線圈采用1 個支路均勻纏繞分布，選用70 mm2銅芯交聯電力電纜或硅橡膠移動軟電纜，勵磁線圈緊貼在鐵心齒表面（不入槽），纏繞40 匝，鐵心棱角處墊以5 mm 厚的膠皮保護。勵磁電纜投入使用前須經過試驗，滿足規范要求。

3.4.3 測量線圈纏繞

測量線圈取1 匝，纏繞在任意兩個勵磁區間平分的位置。纏繞時應包繞定子有效鐵心，不包繞機座，電纜緊貼槽底拉緊，棱角處墊橡皮保護。測量線圈采用2.5 mm2橡皮絕緣銅心電纜。

3.4.4 絕緣檢查

檢查勵磁線圈電纜絕緣，使用2 500 V 搖表，絕緣應不小于100 MΩ。

檢查測量繞組電纜絕緣，使用1 000 V 搖表，絕緣應不小于10 MΩ。

3.4.5 測溫點布置

發電機組定子鐵心磁化試驗中，溫度的測量尤其重要，通過測量局部溫度有無過高點，可判斷鐵心中有無短路點。定子鐵心磁化試驗中將測溫點按上、中、下三層均勻布置在定子鐵心背面軛部，由空冷器預留孔放置進去，用膠布粘緊，酒精溫度計共選8 處均勻布置（共計24 個測點）。另外，輔之紅外測溫槍巡檢鐵心內外各個部位溫度。

3.4.6 試驗程序

（1）試驗前，測量定子鐵心初始溫度和環境溫度，二者溫差應不超過5 K。

（2）試驗指揮發令，試驗人員就位，合上斷路器，（注意首次通電后要根據讀數校核磁通密度在1 T左右，最低應不低于0.9 T，如偏差過大要調整勵磁線圈匝數），開始正常試驗。

（3）實驗注意事項：試驗人員在試驗中檢查定子鐵心溫度，需要穿絕緣靴，可帶絕緣手套，同時要注意不能直接觸碰鐵心，與鐵心保持安全距離。同時定子試驗間內不存放雜物，所有進入定子試驗間的工作人員必須保證不攜帶金屬物件，穿戴合格的鞋子，如若必須帶入定子試驗間，那么在進入前核查清點，防止遺漏在安裝車間等情況；現場必須設置安全遮攔，并且懸掛“未經許可，不得入內”安全警示標志牌，也需準備足夠的安全消防器材。

（4）試驗過程中密切測定定子鐵心溫升、振動和噪聲情況，當出現冒煙、局部過熱及嚴重異常響聲時，應切斷電源，停止試驗。

（5）當試驗因異常情況終止后，施工方應認真檢查并妥善處理異常點。處理完后經監理、制造廠、業主和各方檢查驗收合格后，方可重新開始試驗。

（6）分配4 組測量人員，4 組測量人員需要每隔10 min 同時記錄一次鐵心各部分溫度及表計讀數（讀數時應盡量做到同時性），如發現局部溫度過高，應立即報告試驗負責人，并重點監視局部溫度過高點。

3.4.7 試驗過程

試驗開始后合上斷路器，開始正常試驗。記錄初始試驗數值，核算實際磁通密度，調整勵磁線圈匝數，然后繼續試驗，4 組測量人員每隔10 min 同時記錄一次鐵心各部分溫度及表計讀數，90 min 后，拉開斷路器，結束試驗。

3.4.8 數據處理及結果分析

根據哈爾濱電機廠的要求，在規定的磁通密度（1 T）下，定子鐵心磁化試驗經過規定時間后，定子鐵心最高溫升不超過25 K；定子鐵心相同部位（定子齒或槽）最大溫差不超過15 K；單位鐵心損耗不超過1.365 W/kg。如果試驗結果符合這3 點要求，即認為鐵心疊片質量合格。

在本次試驗中，周寧抽蓄電站1 號發電機組定子鐵心在磁通密度1 T 下持續時間90 min，鐵心最大損耗為1.360 7 W/kg，鐵心與機座最大溫差為1.85 K，鐵心最大溫升為6.10 K，數據均滿足試驗標準（見表2、表3）。

表2 定子鐵心磁化試驗溫升試驗數據

表3 機組定子鐵心磁化試驗鐵心損耗試驗數據

4 結語

周寧抽蓄電站1 號發電機組定子鐵心磁化試驗的過程中各部溫升正常，定子鐵心相同部位（定子齒或槽）最大溫差不超過15 K，分布均勻，均遠小于標準值，鐵心最大損耗為1.360 7 W/kg，也滿足相關規范和哈爾濱電機廠要求，一系列數據充分表明周寧抽蓄電站1 號機組定子鐵心裝配工藝和制造質量優良。