发电机定子铁芯损耗试验方法研究

2016-09-01郭俊红华能雨汪电厂云南曲靖655507

电气传动自动化 2016年1期

关键词：铁芯励磁绕组

孟　萍，李　宁，郭俊红（华能雨汪电厂，云南曲靖655507）

发电机定子铁芯损耗试验方法研究

孟萍，李宁，郭俊红
（华能雨汪电厂，云南曲靖655507）

发电机定子铁芯是发电机的核心部件，随着大机组投产的数量增多，定子铁芯出现故障的现象也越来越多，需要现场进行试验，查找故障点。详细阐述发电机定子铁芯损耗试验的原理、现场试验接线、试验结论等，为其它电厂进行现场定子铁芯损耗试验提供经验。

发电机；定子；铁芯损耗

1　引言

发电机定子铁芯由硅钢片叠合组装而成，叠片间存在短路故障时，会导致运行中出现局部过热的危险。过热点的扩展会致使绕组绝缘损坏或铁芯烧损等。对于大型发电机而言，铁芯过热故障所带来的影响非常严重。因此，在发电机交接试验、局部或全部更换定子绕组前后，以及在发现定子铁芯有损伤等缺陷时，必须对定子进行铁芯损耗试验，以测定铁芯单位质量的损耗，测量铁轭和齿的温度，检查各部温升是否超过规定值，从而综合判断铁芯片间的绝缘是否良好［1］。

2　试验原理

电机铁损试验的基本原理是：在叠装完成的发电机定子铁芯上缠绕励磁绕组，给绕组中通入交流电流，使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通，从而在铁芯中产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热。同时，铁芯中叠片间绝缘受损或劣化部分在励磁电流的作用下，会产生较大的涡流，温度很快升高。

在铁芯上缠绕测量绕组，测量其感应电压，计算出铁芯总的有功损耗。根据测量结果与设计要求、规程的比较，来判断定子铁芯的制造、安装质量及受损程度。

2.1试验线路组成

按照试验接线图连接仪表、电源，其铁芯内的损耗用瓦特表测量，将瓦特表的电流线圈接至电流互感器上，瓦特表的电压线圈接到测量线圈上，检查接线正确性，特别注意测量仪表与线圈的极性应正确。全部接线完成后，用500V兆欧表测量励磁绕组、测量绕组的回路绝缘电阻，其值应不小于1MΩ。励磁绕组缠绕部位的定子铁芯，端部应垫较薄的环氧板或支撑板，不应与定子铁芯或绕组直接接触。试验接线图如图1所示。

图1　试验接线图

2.2仪器仪表配置

低功率因素电压表：0V－600V，0.5级，共4块；

低功率因素功率表：0A－5A，0V－600V，2.5级，2块；

低功率因素电流表：0A－5A，0.5级，1块；

频率表（万用表代替）：1块；

测量回路电流互感器：4000／5，1只；

W1：励磁线圈软电缆截面积为3×185（mm2），长度为350m；

W2：测量线圈电缆截面积为4mm2，长度为30m；

V1：电压表0V－150V；

红外线成像仪。

2.3试验方法

2.3.1试验电源容量选用

根据试验参数计算，拟选用800V试验电压，电源变压器选用2A、2B汽机变，低压侧串联方式，并解开2A、2B汽机变低压侧中性点接地铜排（N线），在2A、2B汽机变间选择一个接地点，确保变压器绝缘电压在允许范围内。汽机变容量为1600kVA，额定电压为6.3±2×2.5%／0.4kV，接线组别Dyn：11，短路电抗Ud＝6%。

2.3.2励磁线圈匝数和截面面积

根据计算得出励磁线圈为0.94899匝，选取整数1匝，励磁线圈缠绕在定子铁芯上。依据励磁线圈电缆截面积每平方毫米铜线电流密度不大于3安培的原则，计算励磁线圈电流为1212.2A，实际电流将比此电流要小，拟采用截面积为3×185（mm2）、电压等级为400V的绝缘电缆（三芯并接使用）。

2.3.3缠绕测量线圈

测量线圈拟选用1根4mm2绝缘铜芯独股电缆30m，采用同样的缠绕1匝在定型子铁芯上，并使励磁绕组和测量绕组互相垂直。

2.3.4保护定值的修改

2A、2B汽机变高压侧6kV断路器，即6kV保护装置配置保护：速断电流保护、限时速断保护、负序电流保护（负序过流一段、二段）、高压侧零序过流保护、高压侧过电流保护、高压侧过负荷保护、低压侧零序电流保护、变压器温度保护。保护整定：因负荷不平衡，负序电流保护、高压侧零序过流保护、低压侧零序电流保护应退出。

2.4相关参数的计算

发电机定子铁芯剖面图如图2所示。定子铁芯参数如下。

定子铁芯总长L1 6.731m

定子铁芯通风沟数n 83

定子铁芯通风沟宽b 0.0087m

定子铁芯内径D2 1.312m

定子铁芯齿高ha 0.1763m

定子铁芯外径D1：2.625m

定子铁芯有效长度：L＝K（L1－nb）＝0.94×（6.731－83×0.0087）＝5.6484m

定子铁芯轭部截面积：S＝L×h＝5.6484×0.4802＝2.71236m2（即为27123.6cm2）

图2　定子铁芯剖面图

K为定子铁芯填充系数，硅钢片片间用漆绝缘在0.93－0.95之间，K取0.94。

2.4.1励磁线圈匝数W1

式中：U1为励磁线圈电压，即两台汽机变低压侧串联电压800V；

f为电源频率，即系统频率50Hz；

B为试验时铁芯轭部磁通密度，透平型同步发电机取1.4T，水轮发电机取1.0T。实际选取1匝。

2.4.2励磁线圈的电流Ie

式中：定子铁扼平均直径Dav＝D1－h＝2.625－0.4802＝2.1448m

Ho为单位长度安匝数，磁通密度在1.4T时，取1.8安匝／厘米；

2.4.3励磁线圈的功率S

S＝KSU1I×10－3＝1.1×800×1212.2×10－3

＝1066.736kVA

式中：KS一般取1.1。

（取容量不小于1066kVA的三相电力变压器）

2.4.4测量线圈匝数W2

测量线圈匝数W2考虑为1匝，有：

测量线圈的电压应使其在电压表量程范围内，故考虑取U2为1000V以下。

3　发电厂现场试验实例

电厂在检修过程中，发电机抽出转子后，检查铁芯内部有拉伤现象，另外，在发电机汽、励端发现定子铁芯端头槽楔有松动，需对松动的槽楔进行更换。鉴于以上问题，需检测铁芯是否有局部过热现象，并针对存在问题进行处理，消除设备安全隐患。

3.1测试数据

铁损试验电气参数如表1所示。

3.2试验发电机参数

发电机参数如表2所示。

表2　发电机主要性能参数

3.3试验结果与分析

试验持续90min，在试验持续的过程中，定子铁芯发热均匀，没有出现过热点。试验过程中定子铁芯的红外热成像图如图3所示。铁损试验最高温升及最大温差均在合格范围内，铁损试验合格。

铁芯温度以定子铁芯测温电阻所测量温度为主，红外线测温仪监视其它部位温度，温升计算以定子铁芯测温

图3　定子铁芯红外热成像图

电阻所测量读数为准，共计10点。

4　结论

本厂发电机定子铁芯损耗试验顺利完成，整个试验过程中，铁芯振动正常，无局部过热及冒烟现象；通风沟、定位筋、拉紧螺杆、机座内部等无异常声响及松动情况。在试验过程的方法正确、数据可靠，发电机定子铁芯的性能达到了发电机组性能要求。

利用现有的试验设备，在运行现场对发电机进行定子铁芯损耗试验，磁通量可以达到1.23T，完全满足《电气设备预防性试验规程》试验磁通量为1.0T的要求。传统的大功率电源励磁试验方法可以提供一定的磁通量，配合红外成像仪能直观地发现整体及局部的故障点。大功率电源励磁试验方法的缺点是试验设备比较笨重，试验电源容量要求较大。

［1］DL／T 596－1996.电力设备预防性试验规程.北京：中国电力出版社，1997.

［2］李建民、朱康.高压电气设备试验方法［M］.北京：中国电力出版社，2001.

郭俊红（1980－），云南曲靖人，本科生，现就职于华能雨汪电厂继电保护班。

Research on generator stator core loss test method

MENG Ping，LI Ning，GUO Jun－hong
（Huaneng Yuwang Power Plant，Qujing 655507，China）

The stator core is the key part of the generator.As the increasing of the number of the large generating sets，the fault phenomena of the stator core occur more and more，and it needs the field test and fault removal.The principle of the loss test for generator stator core，the field test connections and the test results are given，which provide experience for the field stator core loss tests of the other power plants.

generator；stator；iron core loss