鄭平 楊戟

（貴州省水利投資集團(tuán)公司 貴陽市 550000）

1 概 述

定子鐵損試驗(yàn)是在定子鐵芯堆積、初步壓緊完成后進(jìn)行，其目的就是確認(rèn)定子鐵芯硅鋼片設(shè)計(jì)制造、現(xiàn)場(chǎng)堆積、壓緊等整體質(zhì)量，檢查鐵片間是否有短路情況，絕緣是否良好。為了防止運(yùn)行中因片間短路引起局部過熱，甚至威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行,現(xiàn)場(chǎng)疊裝的定子鐵芯必須進(jìn)行鐵損試驗(yàn)，通過測(cè)量單位鐵損及溫升的方法檢查疊片質(zhì)量,同時(shí)可以通過試驗(yàn)時(shí)的振動(dòng)和發(fā)熱使鐵芯下沉，達(dá)到僅由加壓所不能達(dá)到的進(jìn)一步壓緊鐵芯的目的。

鐵損試驗(yàn)為水電站的重大電氣試驗(yàn)項(xiàng)目之一，其區(qū)別于其它電氣試驗(yàn)的突出特點(diǎn)是，試驗(yàn)前后需進(jìn)行較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)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(jī)容量75 MW，裝設(shè)3臺(tái)25 MW立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組。對(duì)電站機(jī)組進(jìn)行增容改造，改造后總裝機(jī)容量為87 MW，裝設(shè)3臺(tái)單機(jī)容量29 MW的立軸混流水輪發(fā)電機(jī)組。普定水電站擴(kuò)容后新3#發(fā)電機(jī)及定子鐵芯有關(guān)參數(shù)如下：

發(fā)電機(jī)型號(hào)：SF-J29-30/5900；額定功率：29 MW；視在功率：34.12 MVA；功率因數(shù)：0.85（滯后）；額定電壓：Ue=10.5 KV；定子額定電流：1 876 A；機(jī)組額定轉(zhuǎn)速：200 r/min；頻率：f=50 Hz；定子鐵芯外徑：DO=590 cm；定子鐵芯內(nèi)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(fēng)溝數(shù)：n=22；定子通風(fēng)溝高度：h1=0.8cm。

2 勵(lì)磁計(jì)算及線圈匝數(shù)選擇

2.1 定子鐵芯軛部截面積計(jì)算

（1） 定子鐵芯有效長度（Le）。

Le=k（L-Nh2）

式中K——疊壓系數(shù)，取0.96（制造廠規(guī)定值）；

L——定子鐵芯長度，97 cm；N——定子通風(fēng)溝數(shù)，22；

h2——定子通風(fēng)溝高度,0.8 cm。

經(jīng)計(jì)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(nèi)徑,527.2 cm；

h1——定子鐵芯齒高度,13.88 cm。

經(jīng)計(jì)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(jīng)計(jì)算，S=76.224×17.52=1 335.4 cm2。

2.2 試驗(yàn)勵(lì)磁線圈匝數(shù)選擇

W=U×108/（4.44FSB）

式中U——?jiǎng)?lì)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(yàn)時(shí)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(jīng)計(jì)算，Dav=590-17.52=572.48 cm。

2.4 試驗(yàn)勵(lì)磁電流計(jì)算

Ie=πDavHo/We

式中Dav——定子軛部平均直徑；

Ho——單位長度安匝數(shù)，制造廠要求取2.0安匝/cm。

經(jīng)計(jì)算，Ie=3.14×572.48×2÷13=276.55 A。

2.5 勵(lì)磁容量計(jì)算

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

式中U——?jiǎng)?lì)磁電壓,選為400 V；

Ie——試驗(yàn)勵(lì)磁電流，276.55 A。

2.6 測(cè)量線圈計(jì)算

測(cè)量線圈取6匝，測(cè)量電壓為184.6 V。

3 試驗(yàn)電源選擇、試驗(yàn)接線及設(shè)備選用

3.1 試驗(yàn)所用電源選擇

根據(jù)計(jì)算所得勵(lì)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(yàn)電源滿足容量要求。

3.2 試驗(yàn)接線原理圖（附圖）

附圖 試驗(yàn)接線原理圖

3.3 試驗(yàn)設(shè)備選用

空氣開關(guān)1 000 A：1只；動(dòng)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(jí)：1只；T24-AV多功能交流VA表：1只；D26∕1-W單相低功率因數(shù)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(cè)溫儀：1只；單芯銅芯線2.5 mm2：100 m；接地線50 mm2：20 m。

4 試驗(yàn)步驟

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

（2）勵(lì)磁線圈引出線裝電流互感器，電流互感器檔位根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，電流互感器二次側(cè)電流接入電流表，串入功率表，勵(lì)磁線圈接入頻率表。

（3）測(cè)量線圈接入電壓表，并入功率表。

（4）調(diào)試檢查電源表指示應(yīng)正確，功率表指針偏轉(zhuǎn)方向應(yīng)正確。

（5）定子外殼可靠接地。

（6）測(cè)量并記錄定子鐵芯各點(diǎn)初始溫度。

（7）合上斷路器，測(cè)量記錄勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、功率表讀數(shù)、頻率，記錄測(cè)量線圈電壓，測(cè)量定子鐵芯各點(diǎn)溫度。

（8）每10min測(cè)量記錄一次以上各數(shù)據(jù)，鐵芯磁振動(dòng)和聲音應(yīng)均勻正常，通電試驗(yàn)持續(xù)90min不間斷。

（9）折算鐵損、鐵芯溫升及最大齒溫差，與標(biāo)準(zhǔn)比對(duì)是否滿足要求。

5 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

將鐵損、溫升、溫差換算到10 000高斯時(shí)的數(shù)值，然后與制造廠規(guī)定值及規(guī)范要求值進(jìn)行比較，以此判斷定子鐵芯鐵損試驗(yàn)是否合格。

（1）實(shí)際磁通密度。

φ=UC×108/4.44fSSW（高斯）

式中UC——測(cè)量線圈感應(yīng)電壓值；

fS——實(shí)測(cè)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(shí)測(cè)總鐵損（功率表讀數(shù)×變比）。制造廠設(shè)計(jì)值總鐵損應(yīng)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(guī)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(guī)范要求T不得超過15℃。

6 試驗(yàn)記錄及結(jié)論分析

6.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)整理及計(jì)算（表1～表4）

（1） 電氣參數(shù)（表 1）。

表1 電氣參數(shù)

（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(yàn)結(jié)論

（1）總鐵損換算至10000高斯時(shí)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(shí)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(shí)為 5.3×（10 000÷9124.07）2=6.37℃，小于 15℃。

以上3項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，普定電站3#機(jī)組定子鐵損試驗(yàn)合格。

[1]GB/T 20835-2007.發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則[S].

[2]GB 8564-2003.水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GB50150-2006電氣裝置安裝工程.電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].