紧水滩电厂发电机铁损试验
2017-11-29吕延春
吕延春，张 巍
（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）
紧水滩电厂发电机铁损试验
吕延春，张 巍
（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）
发电机铁损试验的目的是检验新装发电机定子铁心的绝缘状况和实际铁心损耗，判断发电机定子铁心的安装质量、硅钢片的材质是否满足设计要求。本文通过紧水滩电厂发电机铁损试验实践，介绍发电机铁损试验的参数计算、电源选择与保证措施、试验方法和步骤的全过程。
发电机；铁损试验；试验步骤；数据分析
紧水滩电厂位于浙江省云和县境内，在瓯江支流龙泉溪上，是国家“七五”重点工程，装机容量6×50 MW，于1981年正式开工建设，1987年4月首台发电机并网发电，1988年12月全部6台发电机建成并投入运行，设计年平均发电量为4.9亿kW·h。自2013年起，紧水滩电厂开始了发电机组改造征程，对水轮发电机、导水机构、发电机定子进行更新，以提升发电机组的技术性能。
根据标准、规程要求，发电机定子更换后，需进行定子铁心铁损试验，以检验发电机定子的产品设计、现场施工等各个环节的质量，确保发电机在投运后安全、可靠。
1 铁损试验参数计算
发电机铁损试验需要提供较大的励磁电源。因此，需要对铁损试验所需的电源要求与电厂实际的厂用电供电方式和容量进行核对，以确定可靠的供电方式，既满足发电机铁损试验所需的励磁电源，又尽量减少对电厂正常厂用电的影响。
1.1 铁损试验依据
根据GB/T20835-2007《发电机定子铁心磁化试验导则》，发电机定子铁心磁通计算公式如下：
其中：B：磁感应强度（一般做1.0 T或1.4 T）
U：提供的励磁电压（V）
f：频率（Hz）
S：铁心有效截面面积（cm2）
w：励磁绕组的圈数
（2）有效铁心截面面积S计算
铁心有效长度：L=k×（lt-nb）（cm）
铁心轭部宽度：ha=（d1-d2）/2-h1（cm）
铁心有效截面面积：S=L×ha（cm2）
其中：k：铁心叠压系数
lt：铁心高度（cm）
n：通风沟数量
b：通风沟高度（cm）
d1：铁心外径（cm）
d2：铁心外径（cm）
h1：铁心槽度（cm）
（3）励磁电流I计算
其中：H：铁心单位长度安匝数（A/cm），一般1.5～1.7
d1：铁心外径
ha：铁心轭部宽度（cm）W1：励磁绕组匝数
1.2 铁损试验励磁绕组匝数计算
根据发电机厂家提供的产品技术资料：
因此，根据磁通计算公式：
取：w=8
取：w=6
1.3 铁损试验励磁电流计算
根据发电机厂家提供的产品技术资料：
1.4 电源容量核算（表1）
表1 电源容量核算表
通过铁损试验电源容量需求与厂用电源容量核算，电厂厂用电系统能够提供发电机铁损试验时的电源需求。
2 铁损试验电源的选择
2.1 电厂厂用电运行方式
电厂设Ⅰ、Ⅱ段400 V厂用母线，分别由1号厂变和2号厂变供电。正常运行方式是：1号厂变供Ⅰ段，2号厂变供Ⅱ段，Ⅰ、Ⅱ段母线分段运行，3号厂变作为Ⅰ、Ⅱ段母线的备用电源（图1）。
2.2 铁损试验电源确定
为了确保发电机铁损试验电源的可靠性，同时又要保证电厂正常的厂用电。最终确定将3号厂用变压器暂时退出厂用电系统，单独作为发电机铁损试验的电源。由于发电机铁损试验电源为两相电源，会导致3号厂用变压器因负荷不平衡而发热等异常现象，电厂制定了《发电机铁损试验临时供电方案》，并采取以下监测措施：
图1厂用电接线图
（1）运行人员全过程监视3号厂变的电气参数。
（2）电气人员全过程监视3号厂变的运行状况，并进行红外测温。
（3）派专人监视铁损试验电压和电流值。
3 铁损试验过程
3.1 铁损试验接线图（图2）
图2铁损试验接线图
3.2 铁损试验准备
（1）铁心叠装工作结束，经过仔细清扫检查，定子铁心内无任何遗留物；定子固定采取临时有效减振措施、并且至少有两处与全厂地网可靠连接。
（2）开关柜布置在定子附近，有足够安全距离，有足够操作空间；按要求准备材料、仪器、设备。
（3）按图接线，励磁线圈在铁心上分3处集中缠绕6匝，相距120°，铁心槽口处加垫绝缘橡皮，防励磁绕组划伤或漏电，3个励磁绕组按相同绕向，头与头，尾与尾并在一起接至开关柜的出线端；在定子铁心上缠绕2匝测量线圈，测量绕组与相邻励磁绕组相距60°，做好绝缘措施并尽量靠近铁心，减少测量误差；正确接入测试仪表并选合适的量程。
（4）在定子铁心下部通风槽处180°方向临时各装一只测温电阻，在定子机座上、下两端部180°方向临时各装两只测温电阻，并在铁心上均匀分布30只测温电阻且进行准确命名。
（5）试验现场有充足照明、应急照明，并配备足够数量的灭火器材。
3.3 铁损试验步骤
（1）定子铁心叠压合格并检查铁心内部有无其他铁磁材料和杂物。
（2）按试验接线图接线，接线应正确牢固。
（3）在定子铁心轭部，齿部均匀放置温度计，读取起始温度并作记录。
（5）试验持续时间，磁通1 T情况下90 min，每隔10 min读取各温度计指示值一次，并作记录。
（6）记录各表计指示数值，以及试验日期、环境温度、电机型号等有关数据。
3.4 铁损试验结果分析
（1）试验时铁损及温度值折算至10 000高斯。
（2）定子铁心的最大温升和温差应符合制造厂家要求，各部温升不应超过25℃，相同部位最大差值不超过15℃。
（3）单位铁损应符合制造厂家规定（≤1.43W/k g）。（4）检查定子铁心压紧螺栓应无松动现象。
3.5 安全措施及注意事项
（1）注意厂电单段供电过程中防止厂用电全停的情况出现，试验前安排好紧急备用柴油机的起动试验工作，并制订应急操作方案。
（2）激磁绕组必须绝缘良好，导线不触及铁心，为防止发生大电流接地引起电弧烧坏铁心及危及人身安全，激磁绕组与铁心之间应用绝缘胶垫好，绕组转角处应加强绝缘。
（3）制定专门安全措施，注意防止触电及烫伤，防止工具等落入发电机中。
（4）试验除实时观察温度，还应仔细眼观耳听，注意发现铁心松动等异常现象。
（5）试验人员应做好防噪音措施。
4 铁损试验数据分析
4.1 90 min内电量磁通试验数据（表2）
表2
4.2 90 min温度、噪音试验数据（表3）
表3
4.3 90 min试验数据分析
通过整理试验数据，90 min时间内，铁心各部温度的最高温升不超过25 K，相同部位最大温差不超过15 K，单位铁损没有超过最高允许值1.43 W/kg，符合制造厂技术要求，具体数据见表4。
表4铁损试验数据表
5 结论
通过紧水滩电厂全过程铁损试验实践，不仅验证了电厂在发电机改造全过程的质量控制、材质等符合发电机厂家设计要求，还为电厂在发电机铁损试验工作取得了宝贵实际经验，尤其是在厂用电供电方式调整、安全技术措施制定、铁损试验理论与实际知识等方面。
[1]刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2002.
[2]GB/T20835-2007发电机定子铁心磁化试验导则[S].
TM312
B
1672-5387（2017）11-0001-03
10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.001
2017-08-30
吕延春（1975-），男，高级工程师，从事水电厂电气设备生产技术管理工作。
