大型发电机定子铁心损耗试验分析

范 林，赵海涛，李新平，李 庆，赵东慧

(1.河北西柏坡发电有限责任公司，石家庄 050400；2.河北电信设计咨询有限公司，石家庄 050021)

1 概述

发电机定子铁心是由硅钢片叠压组装而成，由于装配和制造的原因以及运行中的热和机械力的作用，造成硅钢片片间绝缘损坏，铁心局部短路发热，严重时会损坏定子线棒绝缘，造成停机事故。河北西柏坡发电有限责任公司(简称“西柏坡电厂”)共有哈尔滨电机厂生产的QFSN-300-2型汽轮发电机4台，QFSN-600-2YHG型汽轮发电机2台，在历次的大修中，发现300 MW发电机定子铁心多次发生齿部折断、片间磨损、过热等缺陷。定子铁心损耗试验是检验发电机定子铁心装配质量的重要方法,也是检验铁心自身绝缘性能的重要工序，通过该项试验能够发现定子铁心存在的缺陷，避免因人为检查造成的疏漏。为此西柏坡电厂利用6 kV厂用电系统，开展了发电机定子铁心损耗试验，在随后的发电机抽转子检修时作为定检项目，多次发现发电机定子铁心的隐含问题，并在缺陷处理后进行复测，保证了发电机大修后，定子铁心温升合格，片间绝缘的状态良好。以下以西柏坡电厂的QFSN-300-2型3号汽轮发电机为例进行分析。

2 试验方案

2.1 可行性分析

2.1.1 电源容量及运行方式

发电机所处12.6 m平台，6 kV配电室位于其下方6.5 m的平台上，电源选取方便，启动备用变压器为有载调压，系统电压调整方便。由于采用6 kV电压，励磁电流相对较低，可降低励磁电缆截面，便于缠绕，还满足铁损试验1.4 T的磁密值。

机组检修期间，相应的厂用电系统负荷率较低，预留1条6 kV母线作为试验电源，不影响公用设备的正常用电，20号启动备用变压器额定容量：40 000/25 000-15 000 kVA，启动备用变压器容量满足试验要求。试验时，将6 kV 3B母线预留,试验电源取自6 kV 3B段母线U、V相。选用3B循环水泵断路器间隔，解除704B断路器自投。

2.1.2 负序电流

由于试验电源取自6 kV 3B段母线U、V相，在合闸瞬间及试验过程中将产生负序电流。根据对称分量法估算负序电流的大小：Ia2=1/3(IU+α2IV+αIW)；合闸瞬间励磁电流按1 000 A计算，则负序电流Ia2应为300 A。

20号启动备用变压器的变比为230 kV/6.3 kV，将低压侧负序电流300 A折算到220 kV 侧为8.2 A。此负序电流由系统及3台运行机组提供。

系统等值到西柏坡电厂的等值电抗标幺值为0.06(Sj=100 MVA)，西柏坡电厂1台发电机变压器组等值电抗标幺值为0.078，即3台发电机变压器组等值电抗标幺值为0.026。计算得：系统提供2.48 A负序电流，西柏坡电厂3台运行机组提供5.72 A负序电流，即1台发电机提供1.9 A负序电流。西柏坡电厂主变压器的变比为242 kV/20 kV，将1.9 A负序电流折算到主变压器低压侧为22.99 A，远低于发电机允许长期运行的0.1Ie。所以发电机铁损试验不会对系统及西柏坡电厂运行机组产生不利影响。

2.1.3 继电保护

为防止试验过程中对220 kV系统及1号、2号、4号发电机造成不利影响，特制定以下保护措施：703B断路器过流保护,3B循环水泵综合保护定值做相应修改;试验过程中3B循环水泵差动保护,二单元备用分支差动退出运行;703B断路器过流保护由13.7 A改为2.5 A，动作延时由2.2 s改为0 s;3B循环水泵综合保护定值控制字改为Sd0A=16。试验结束后恢复上述保护。

2.2 参数计算

参数计算如下：定子铁心外径D1=254 cm；定子铁心内径D2=125 cm；定子铁心长度L1=520 cm；定子铁心齿高h1=16.35 cm；通风沟数n=63；通风沟宽度b=0.8 cm；定子铁心沿圆周的单位长度所需的磁化力H0=3.3 安匝/cm，定子铁心填充系数k=0.93，测量线圈匝数W2取2匝。

根据DL 596-1996《电力设备预防性试验规程》要求，试验时采用的磁通密度B=1.2 T。

定子铁心有效长度

L=k(L1-n×b)=436.728 cm

定子铁心有效厚度

定子铁心有效截面积

Q=L×h=21 028.5 cm2

励磁线圈匝数

励磁线圈匝数取10匝

定子铁心平均直径

Dp=D1-h=205.85 cm

励磁电流

电源容量

S=U1I×10-3=1 278 kVA

通过上述计算过程，按励磁电流计算值和励磁线圈匝数选择合适截面的励磁电缆。并准备交流电压表、交流电流表、单相瓦特表、电流互感器、红外测温仪、红外成像仪等试验设备。

2.3 试验步骤

a. 试验前停发电机冷却水。停发电机周围的冷却风机，以免影响试验的准确性；试验中定子绕组用不小于50 mm2裸铜线接地。

b. 试验负责人联系运行人员拉出3B循环水泵断路器并停其操作电源，合上断路器间隔负荷侧接地刀闸后，试验人员开始接线。

c. 将3B循环水泵断路器控制方式改为在试验地点12.6 m处实现合跳控制。

d. 将励磁线圈与测量线圈成90°角绕与铁心圆周(励磁线圈绕为10匝)，并按试验接线图接好线，联系运行人员拉开3B循环水泵断路器间隔负荷侧接地刀闸并测励磁线、测量线绝缘电阻。

e. 准备好红外测温仪和红外成像仪，测量铁心初始温度和室温。

f. 试验负责人联系运行人员将3B循环水泵断路器推到运行位置，并送上操作电源。试验过程中的分合断路器的操作由试验人员在12.6 m处自行操作。

g. 试验开始，合上3B循环水泵断路器，所有数值与计算值差距不大时即开始试验。10 min后，用红外测温仪检查定子铁心温度，确定铁心最热点和最冷点，同时检查铁心齿部有无松动现象。在整个试验过程中，应随时检查铁心各部发热情况，如发现有新的过热点，应及时纪录，如有发现冒烟或发红现象，应立即停止试验，并对冒烟或发红处作好记号并及时处理。

h. 试验期间每隔10 min纪录各表计和各部温度一次，试验持续45 min后，试验人员断开电源断路器，结束试验。

i. 试验负责人通知运行人员停3B循环水泵断路器操作电源并将其拉开至检修位置，合上负荷侧接地刀闸后，检修人员拆线。

3 试验结果分析

2012年初西柏坡电厂3号发电机进行了定子边段铁心更换工作，并在铁心更换前和更换后进行了铁心损耗试验，磁通密度接近1.4 T，试验数据见表1。

由表1可以看出，铁心损耗试验，能及时发现发电机铁心存在的问题，并能检验发电机定子铁心的完整性，保证了检修质量。该试验方法在西柏坡电厂4台300 MW和2台600 MW发电机检修中也多次成功应用。

表1 铁心更换前、后铁心损耗试验数据

项目励磁电流/A励磁电压/V功率损耗/W磁通密度/GS试验结果铁心更换前192 6 150272 00013 160共有34个段的铁心齿部温度脱群铁心更换后2546 510296 80013 931有19个段的铁心齿部温升较高但没有超过《电力设备预防性试验规程》的要求,满足运行要求

4 试验注意事项

a. 该项试验的实施重点在于安全性的控制和试验过程中的协调调度管理，制订相关的技术措施和组织措施，才能保证试验的顺利进行。试验准备阶段需要注意励磁电缆的选择，因为试验时电缆需缠在发电机本体上，所以电缆的绝缘强度必须高。电缆载流性好，散热快，便于在发电机本体上缠绕。电缆为移动敷设，拆装频繁，电缆绝缘、护套、导体应具有相应的机械强度。

b. 试验场地涉及的范围较大，需要加强现场管理，在电缆敷设通道、电源间隔、发电机周边、试验仪器旁等地点设置必要的围栏，并由专人监护。试验过程中注意电缆的防护，定子膛内应将励磁电缆和测试线圈用绝缘棒支撑，电缆经过的边角位置应进行防护和固定，检查接线的正确性，并在试验前进行6 kV系统额定电压下的直流泄漏试验，检查电缆的绝缘性能。试验过程中由试验负责人统一指挥和调度，进入定子膛内应由有实践经验的试验人员担任试验负责人。