周宁抽蓄电站1 号发电机定子铁心磁化试验

2023-02-06朱丽清

水电站机电技术 2023年1期

朱丽清

（华电福新周宁抽水蓄能有限公司，福建宁德 352000）

1 概述

周宁抽水蓄能电站发电电动机由哈尔滨电机厂有限责任公司制造，总装机容量为1 200 MW,单机容量30 MW，发电机额定功率为15.75 kV,为立轴半伞式发电电动机。发电机组定子机座采用上、下环的钢板焊接结构，机座分2 瓣制造和运输，在工地安装间组焊后进行叠片、下线。定子铁心高3 200 mm，全圆由25.5 张冲片叠成，其设计内径为Ф5 450 mm，外径为Ф6 630 mm。定子铁心磁化试验于2021 年11 月27 日顺利完成。

2 发电机基本参数

试验过程中的发电电动机参数见表1。

表1 发电电动机参数

3 磁化试验

3.1 试验基本原理及方法

在1 号机组铁心叠片工作完成后，先在压紧后的定子铁心上缠绕励磁绕组，然后在绕组中通入一定的交流电流，使得铁心内部产生接近饱和状态的交变磁通，铁心在交变的磁通中会产生涡流和磁滞损耗，从而促使铁心发热，温度升高。如有某处铁心片间绝缘损坏或者劣化，该受损部分就会产生较大的涡流，温升会加快，从而找出过热点。

用酒精温度计测量铁心、上下压板温度，计算出温升和温差；用红外线测温仪查找局部过热点及辅助测温；在铁心上缠绕测量线圈测铁心比损耗。将最后测量计算出来的数值与标准要求比较，以此来判断定子铁心叠装后质量优劣。

图1 磁化试验接线图

3.2 试验参数计算

试验前需要计算励磁线圈安匝数、励磁绕组匝数和励磁绕组电流：

（1）励磁线圈安匝数计算IW1

IW1=π(D1-hys)·H

式中：

D1—铁心外径(m)；hys—定子铁心轭高(m)；H—定子轭部磁场强度，硅钢片在1.0 T（水轮发电机）磁通时，取200(A/m)。

hys=(D1-Di1)/2-hs

Di1—铁心内径(m)

hs—定子铁心槽深(m)

hys=(D1-Di1)/2-hs=(6.63-5.45)/2-0.175 1=0.414 9(m)

IW1=π(D1-hys)·H=3.141 6×(6.63-0.414 9)×200 ≈3 905.00(安匝)

（2）计算励磁绕组匝数W1

kFe—定子铁心叠压系数，取0.96。

轭部的有效截面积Q=kF·e(l-n·vbv)·hys

Q=0.96×(3.2-79×0.005)×0.414 9 ≈1.117 243(m2)

W1—励磁绕组匝数；U1—励磁线圈电压（V），采用10 kV 电源。

试验时铁心扼部磁通密度B=1 T，频率f=50 (Hz)

励磁绕组匝数W1=U1/4.44fQB=10 000/(4.44×50×11 172.43×10-4)≈40.32（匝）

考虑线路压降，为使磁感应强度略大于1 T，励磁绕组匝数取40 匝。

（3）计算励磁绕组电流I1（全电流）

I1＝IW1/W1＝3 905/40 ≈97.63 A

载流系数β取3.0 A/mm2

励磁电缆截面积SL=I1/β=97.63/3.0 ≈32 mm2

励磁电缆采用10 kV 无屏蔽交联电力电缆或硅橡胶移动软电缆，型号规格：1×70 mm2。

（4）需要的视在功率近似值

S=U1I/1 000=10 000×97.63/1 000=976.3 kVA

由于定子铁心磁化试验的电源引接自周宁抽蓄提供的10 kV 电源，因此在定子铁心磁化试验期间，应满足厂房供电电源不小于2 000 kVA。

（5）磁通密度测量

当定子轭部磁通密度为B＝1 T 时，单匝测量线圈的感应电势为：

U2=4.44BQfW2=4.44×1.117 243×50 ≈248.03 V

采用单匝测量线圈，电压表600 V 档位测量。

实际磁通密度

B=U2/4.44QfW（2T）；U2—测量线圈端电压（V）；W2—测量线圈匝数；Q—有效铁心轭部的截面积（m2）；f—磁化试验的电源实际频率。

3.3 磁化试验标准

试验结束后，将试验数据换算到1 T 时温升、温差和单位铁损，检验是否合格。

（1）试验时磁通密度

B=U2/4.44f1QW2（单位：T）；U2—测量线圈电压（V）；W2—测量线圈匝数；f1—实测频率（Hz）；B—实验时磁通密度（T）。

（2）铁心轭部质量

m=π（D1-hys）Qρ=3.141 6×（6.63-0.414 9）×1.117 243×7.6×103≈165 790.7kg

（3）换算到磁通密度1 T 和基准频率f0（50 Hz）时定子铁心比损耗P1(1.0)

P1（1.0）=(P/m)（W1/W2）（1/B）2；P—实测功率（W）；P1（1.0）≤1.3Ps(1.0）（机组额定功率＜500 MW）。

（4）铁心最大温升限值

在规定的磁通密度下，试验经过规定时间后，定子铁心最大温升限值≤25 K。

（5）铁心最高温差

在规定的磁通密度下，试验经过规定时间后，铁心相同部位（定子齿或槽）温差限值≤15 K。

3.4 试验前准备

为了确保试验的准确性和保证试验安全进行，试验前，施工安装方需要对定子各部位进行完全彻底的清扫，全面检查机座和铁心，检查通风沟、上下端部位置、各环板间无残留金属物件和其它杂物，定子槽内不得有槽样棒遗留。将定子机座与基础支墩再次紧固，并用不小于50 mm2铜芯线接地使定子机座可靠接地。同时，铁心及上下齿压板RTD 必须短接接地，定子铁心拉紧螺杆绝缘电阻符合厂家技术要求。

3.4.1 开关柜及电源

为确保试验和供电安全，周宁抽水蓄能电站定子铁心磁化试验的试验电源由地下厂房临时施工变压器的10 kV 高压侧接入，变压器高压侧10 kV 进线为3×120 mm2电缆，满足试验需求。同时在被试定子铁心附近5 m 处设置一台10 kV 真空断路器的高压开关柜，此高压开关柜配有电压互感器、电流互感器、相关保护装置等设备，高压开关柜10 kV 进线电缆采用1 根10 kV，3×120 mm2的高压供电电缆连接。周宁抽蓄电站施工电源10 kV 地下厂房线，在铁心磁化试验期间禁止有其他负荷使用。

3.4.2 励磁线圈缠绕

为降低由于磁密不均所引起的误差，励磁线圈采用1 个支路均匀缠绕分布，选用70 mm2铜芯交联电力电缆或硅橡胶移动软电缆，励磁线圈紧贴在铁心齿表面（不入槽），缠绕40 匝，铁心棱角处垫以5 mm 厚的胶皮保护。励磁电缆投入使用前须经过试验，满足规范要求。

3.4.3 测量线圈缠绕

测量线圈取1 匝，缠绕在任意两个励磁区间平分的位置。缠绕时应包绕定子有效铁心，不包绕机座，电缆紧贴槽底拉紧，棱角处垫橡皮保护。测量线圈采用2.5 mm2橡皮绝缘铜心电缆。

3.4.4 绝缘检查

检查励磁线圈电缆绝缘，使用2 500 V 摇表，绝缘应不小于100 MΩ。

检查测量绕组电缆绝缘，使用1 000 V 摇表，绝缘应不小于10 MΩ。

3.4.5 测温点布置

发电机组定子铁心磁化试验中，温度的测量尤其重要，通过测量局部温度有无过高点，可判断铁心中有无短路点。定子铁心磁化试验中将测温点按上、中、下三层均匀布置在定子铁心背面轭部，由空冷器预留孔放置进去，用胶布粘紧，酒精温度计共选8 处均匀布置（共计24 个测点）。另外，辅之红外测温枪巡检铁心内外各个部位温度。

3.4.6 试验程序

（1）试验前，测量定子铁心初始温度和环境温度，二者温差应不超过5 K。

（2）试验指挥发令，试验人员就位，合上断路器，（注意首次通电后要根据读数校核磁通密度在1 T左右，最低应不低于0.9 T，如偏差过大要调整励磁线圈匝数），开始正常试验。

（3）实验注意事项：试验人员在试验中检查定子铁心温度，需要穿绝缘靴，可带绝缘手套，同时要注意不能直接触碰铁心，与铁心保持安全距离。同时定子试验间内不存放杂物，所有进入定子试验间的工作人员必须保证不携带金属物件，穿戴合格的鞋子，如若必须带入定子试验间，那么在进入前核查清点，防止遗漏在安装车间等情况；现场必须设置安全遮拦，并且悬挂“未经许可，不得入内”安全警示标志牌，也需准备足够的安全消防器材。

（4）试验过程中密切测定定子铁心温升、振动和噪声情况，当出现冒烟、局部过热及严重异常响声时，应切断电源，停止试验。

（5）当试验因异常情况终止后，施工方应认真检查并妥善处理异常点。处理完后经监理、制造厂、业主和各方检查验收合格后，方可重新开始试验。

（6）分配4 组测量人员，4 组测量人员需要每隔10 min 同时记录一次铁心各部分温度及表计读数（读数时应尽量做到同时性），如发现局部温度过高，应立即报告试验负责人，并重点监视局部温度过高点。

3.4.7 试验过程

试验开始后合上断路器，开始正常试验。记录初始试验数值，核算实际磁通密度，调整励磁线圈匝数，然后继续试验，4 组测量人员每隔10 min 同时记录一次铁心各部分温度及表计读数，90 min 后，拉开断路器，结束试验。

3.4.8 数据处理及结果分析

根据哈尔滨电机厂的要求，在规定的磁通密度（1 T）下，定子铁心磁化试验经过规定时间后，定子铁心最高温升不超过25 K；定子铁心相同部位（定子齿或槽）最大温差不超过15 K；单位铁心损耗不超过1.365 W/kg。如果试验结果符合这3 点要求，即认为铁心叠片质量合格。

在本次试验中，周宁抽蓄电站1 号发电机组定子铁心在磁通密度1 T 下持续时间90 min，铁心最大损耗为1.360 7 W/kg，铁心与机座最大温差为1.85 K，铁心最大温升为6.10 K，数据均满足试验标准（见表2、表3）。