600MW汽轮发电机定子铁芯损耗试验

600MW汽轮发电机定子铁芯损耗试验
【摘要】汽轮发电机在铁芯硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，造成片间短路，从而引起局部过热，需要对定子铁芯的绝缘状况进行重点检查，铁心损耗试验是检查定子铁芯最直接和有效的方法。

【关键词】汽轮发电机；铁心损耗实验；绝缘损坏
1.引言
汽轮发电机定子铁芯是由薄硅钢片叠装而成，在铁芯硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，从而造成片间短路。

为了防止叠装片间短路引起局部过热，需要进行定子铁芯的铁损试验，以计算铁芯单位质量的损耗，测量铁芯齿部和轭部的温度，检查各个部分温升是否超过规定值，从而综合判断铁芯片间绝缘是否良好。

本文对以ALSTOM 50WT23E-138机型举例说明铁损试验的试验过程与试验结果。

2.铁损试验的试验过程
2.1 50WT23E-138型600MW汽轮发电机简介
50WT23E-138型600MW汽轮发电机如图1所示，为隐极式二极发电机，采用水、氢、氢冷却方式，即定子线圈直接水内冷，转子线圈直接氢内冷，定子铁芯及端部结构为氢外冷。

发电机的励磁系统采用机端自并励静止励磁系统。

该发电机在结构上与国产600MW发电机有较大的不同。

50WT23E-138型600MW汽轮发电机额定容量为716MV A，额定电压为22000V，额定电流为18790A，励磁电压为473V，励磁电流为4879A，功率因数为0.9（滞后），额定转速为3000rpm，额定氢压：4bar。

图1 汽轮发电机模型
定子铁芯两端的压圈采用M330-50A型0.5mm硅钢片叠装而成，然后用真空压力浸渍成型，装配后起到磁屏蔽作用，避免铁芯端部局部过热，此装置取代了国产600MW发电机常用的压圈加铜屏蔽的结构。

铁芯每层由10.5张冲片螺旋叠装而成，铁芯轭部和21根铝筋连接，铝筋和铁梁把合，铁梁再通过“U”型块与机座环板焊接，起到减震作用。

铁芯轴向位置有21根拉紧穿心螺杆，径向中间位置设有通风区域。

并且铁芯中埋设12只测温元件（RTD），以监测发电机运行时铁芯温度。

定子铁心如图2所示。

图2 定子铁心模型
2.2 铁心损耗试验
试验前需要计算励磁绕组的匝数、励磁电流大小及变压器的容量，计算中用到的基本参数如下。

定子铁芯填充系数K：0.93，定子铁芯总长L1（mm）：6900，定子铁芯通风沟数n：12，定子铁芯通风沟宽b（mm）：20，定子铁芯外径D1（mm）：2930，定子铁芯内径D2（mm）：1370，定子铁芯齿高hc（mm）：208，硅钢片安匝数取h0：5.77（A/cm）。

由以上数据可得：
定子铁芯有效长度（mm）L：
定子铁芯轭部高度（mm）h：
定子轭部的平均直径（mm）Dav：
定子铁芯轭部截面积S：
m2
励磁线圈匝数WL：
取5匝
励磁绕组电流I：
电源容量（KV A）PL：
对于铁芯温度检查，这里采用红外线热像仪。

试验中有专人在现场进行时时检查和纪录。

在低磁通下，检查整个线路和铁芯有无异常现象。

低磁通检查试验完成并且确认正常后，进行正式铁芯损耗试验。

关闭所有可能照射到定子铁芯上的照明，记录好铁芯初始温度，合闸通电，升压（投入补偿系统），直到磁感应强度达到1.5T，开始计时。

记录测量电压、电流和功率，同时现场人员用红外线热像仪，在定子铁芯汽端和励端各拍摄一张铁芯温度图像，在此期间用红外线热像仪循环扫描定子铁芯，随时检测各个部位温度，找出高温区进行重点检测。

3.试验结果与分析
在铁心损耗试验中，对不同时间的电压、电流、功率和磁感应强度进行记录，在22点05分时，电压为5810V，电流为923A，功率为575KW，磁感应强度为1.49T，在22点20分时，电压为5790V，电流为917A，功率为575KW，磁感应强度为1.49T。

（1）单位损耗分析
试验时实际的磁通密度B（T）：
轭部重量（kg）G：，其中7.8×10-3是铁芯比重（kg/cm3）。

根据功率表读数，得到实际的总铁损（瓦）为PFe，可得到定子铁芯轭部单位铁损（W/kg）：
（2）红外温度分析
电机定子铁芯铁损试验是发现电机定子铁芯缺陷及确定电机定子铁损损耗大小的重要试验。

确定电机定子铁损损耗除利用测量试验的电流、电压来计算外，另一种重要手段就是通过测量电机定子铁芯在试验过程中的温升来评价定铁芯的质量。

更重要的是通过测量电机定子铁芯的温度可以发现电机定子铁芯局部是否有过热点，从而确定电机定子铁芯是否有缺损。

试验记录结果如下：在1.49T 中，持续15分钟后，铁芯无热点被发现，试验初始时铁芯温度是24.3℃；15分钟时铁芯最高温度29.6℃，最低温度27.6℃。

温升是5.3℃，温差2.0K。

根据以上结果可知，符合ALSTOM标准HTGG 600632_B中相关要求。

综上所述，铁芯损耗试验是检验汽轮发电机定子铁芯绝缘是否良好的一种直接方法，也是计算铁芯实际损耗的直接路径，在发电机定子的生产和检修过程中起到了关键性的作用。

参考文献
[1]汤蕴缪.电机内的电磁场[M].科技出版社，1998.
[2]李建明.高压电气设备试验方法[M].中国电力出版社，2001.
[3]CORE MEASUREMENT HTGG 600 632_B[M].ABB Kraftwerke AG，1994.。