3#普定电站发电机定子铁损试验
2018-01-04郑平杨戟
郑平 杨戟
（贵州省水利投资集团公司 贵阳市 550000）
1 概 述
定子铁损试验是在定子铁芯堆积、初步压紧完成后进行，其目的就是确认定子铁芯硅钢片设计制造、现场堆积、压紧等整体质量，检查铁片间是否有短路情况，绝缘是否良好。为了防止运行中因片间短路引起局部过热，甚至威胁到机组的安全运行,现场叠装的定子铁芯必须进行铁损试验，通过测量单位铁损及温升的方法检查叠片质量,同时可以通过试验时的振动和发热使铁芯下沉，达到仅由加压所不能达到的进一步压紧铁芯的目的。
铁损试验为水电站的重大电气试验项目之一，其区别于其它电气试验的突出特点是，试验前后需进行较为复杂的数据计算。
普定水电站位于乌江上游南源贵州省普定县三岔河中游，距贵阳市125 km。原总装机容量75 MW，装设3台25 MW立轴混流式水轮发电机组。对电站机组进行增容改造，改造后总装机容量为87 MW，装设3台单机容量29 MW的立轴混流水轮发电机组。普定水电站扩容后新3#发电机及定子铁芯有关参数如下：
发电机型号：SF-J29-30/5900；额定功率：29 MW；视在功率：34.12 MVA；功率因数：0.85（滞后）；额定电压：Ue=10.5 KV；定子额定电流：1 876 A；机组额定转速：200 r/min；频率：f=50 Hz；定子铁芯外径：DO=590 cm；定子铁芯内径：Di=527.2 cm；定子铁芯长度：L=97cm；定子铁芯齿高度：h1=13.88cm；定子通风沟数：n=22；定子通风沟高度：h1=0.8cm。
2 励磁计算及线圈匝数选择
2.1 定子铁芯轭部截面积计算
（1） 定子铁芯有效长度（Le）。
Le=k（L-Nh2）
式中K——叠压系数，取0.96（制造厂规定值）；
L——定子铁芯长度，97 cm；N——定子通风沟数，22；
h2——定子通风沟高度,0.8 cm。
经计算，L=0.96×（97-22×0.8）=76.224 cm。
（2） 铁芯轭部高度（h）。
h=（DO-Di）/2-h1
式中DO——定子铁芯外径,590 cm；
Di——定子铁芯内径,527.2 cm；
h1——定子铁芯齿高度,13.88 cm。
经计算，h=（590-527.2）÷2-13.88=17.52 cm。
（3）磁轭截面积。
S=Le×h
式中Le——定子铁芯有效长度,76.224 cm；
H——铁芯轭部高度,17.52 cm。
经计算，S=76.224×17.52=1 335.4 cm2。
2.2 试验励磁线圈匝数选择
W=U×108/（4.44FSB）
式中U——励磁电压,选为400 V；
F——频率,50 Hz；
S——磁轭截面积,1 335.4 cm2；
B——轭部磁通,10 000高斯；
W=400÷(4.44×50×0.13354)=13.49 匝。
试验时采用13匝。
2.3 定子轭部平均直径
Dav=DO-h
式中DO——定子铁芯外径,590 cm；
H——铁芯轭部高度,17.52 cm。
经计算，Dav=590-17.52=572.48 cm。
2.4 试验励磁电流计算
Ie=πDavHo/We
式中Dav——定子轭部平均直径；
Ho——单位长度安匝数，制造厂要求取2.0安匝/cm。
经计算，Ie=3.14×572.48×2÷13=276.55 A。
2.5 励磁容量计算
S=UIe×10-3=400×276.55A×10-3=110.62 kVA
式中U——励磁电压,选为400 V；
Ie——试验励磁电流，276.55 A。
2.6 测量线圈计算
测量线圈取6匝，测量电压为184.6 V。
3 试验电源选择、试验接线及设备选用
3.1 试验所用电源选择
根据计算所得励磁容量S=110.62 kVA，而普定电站3#厂用变压器容量为500 kVA，故选用3#厂变作为试验电源满足容量要求。
3.2 试验接线原理图（附图）
附图 试验接线原理图
3.3 试验设备选用
空气开关1 000 A：1只；动力电缆ZR-VV3×120+1×70：120 m； 单芯电缆 100 mm2：100 m；HL24流变 1 000/5 A，0.2级：1只；T24-AV多功能交流VA表：1只；D26∕1-W单相低功率因数表：1只；ZC25-4摇表500 V：1只；兆欧表500 V：1只；15B+万用表：1 只； 交流电流表 0～5A，0.5：1 只；303 红外线测温仪：1只；单芯铜芯线2.5 mm2：100 m；接地线50 mm2：20 m。
4 试验步骤
（1）励磁线圈按120°三处均布在铁芯表面，测量线圈位于其中两处励磁线圈的中间铁芯位置，励磁线圈的电缆应拉紧并靠紧铁芯表面，测量线圈则贴在铁芯齿槽底，两线圈缠绕时电缆均不应交叉。
（2）励磁线圈引出线装电流互感器，电流互感器档位根据实际情况调整，电流互感器二次侧电流接入电流表，串入功率表，励磁线圈接入频率表。
（3）测量线圈接入电压表，并入功率表。
（4）调试检查电源表指示应正确，功率表指针偏转方向应正确。
（5）定子外壳可靠接地。
（6）测量并记录定子铁芯各点初始温度。
（7）合上断路器，测量记录励磁电压、励磁电流、功率表读数、频率，记录测量线圈电压，测量定子铁芯各点温度。
（8）每10min测量记录一次以上各数据，铁芯磁振动和声音应均匀正常，通电试验持续90min不间断。
（9）折算铁损、铁芯温升及最大齿温差，与标准比对是否满足要求。
5 试验标准
将铁损、温升、温差换算到10 000高斯时的数值，然后与制造厂规定值及规范要求值进行比较，以此判断定子铁芯铁损试验是否合格。
（1）实际磁通密度。
φ=UC×108/4.44fSSW（高斯）
式中UC——测量线圈感应电压值；
fS——实测频率。
（2）铁轭重量。
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——磁轭密度。
（3）单位铁损。
WTD=（WT/G）×（10 000/Φ）2（W/Kg）
式中WT——实测总铁损（功率表读数×变比）。制造厂设计值总铁损应小于28.5 kW。（4）铁芯最高温升。
T=（Ti-T0）×（10 000/Φ）2（℃）
式中Ti——铁芯最高温度；
T0——初始温度。
按规范要求T不得超过25℃。（5）铁芯齿最高温差。
TC=（TCG-TCD）×（10 000/Φ）2（℃）
式中TCG——齿最高温度；
TCD——齿最低温度。按规范要求T不得超过15℃。
6 试验记录及结论分析
6.1 实测数据整理及计算（表1～表4）
（1） 电气参数（表 1）。
表1 电气参数
（2） 铁芯温度（表 2）。
（3） 铁芯齿部温度（表 3）。
（4） 磁通密度、铁损换算表（表 4）。
6.2 试验结论
（1）总铁损换算至10000高斯时最大值为27.03kW，小于28.5kW。
表2 铁芯温度 ℃
表3 铁芯齿部温度 ℃
表4 磁通密度、铁损换算表
（2）铁芯最大温升6.6℃，换算至10 000高斯时为 6.6×（10000÷9124.07）2=7.93℃，小于 25℃。
（3）最大齿温差为5.3℃，换算至10 000高斯时为 5.3×（10 000÷9124.07）2=6.37℃，小于 15℃。
以上3项指标均符合要求，普定电站3#机组定子铁损试验合格。
[1]GB/T 20835-2007.发电机定子铁心磁化试验导则[S].
[2]GB 8564-2003.水轮发电机组安装技术规范[S].
[3]GB50150-2006电气装置安装工程.电气设备交接试验标准[S].
