大型水轮发电机定子铁心磁化试验

大型水轮发电机定子铁心磁化试验

作者：《二滩建设咨询有限公司》张文

摘要：随着我国经济和科技突飞猛进，修建大型水电站就像雨后春笋。而大型

水轮机发电机的定子，都在现场组装，大型水轮发电机定子在现场组装完毕后，必须进行铁心磁化试验。介绍锦屏一级电站5#机组铁心磁化试验，试验结果能满足机组安全运行。

关键词：水轮发电机定子铁心磁化试验、磁化试验技术组织措施、磁化试验安全措施。

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段（卡拉至江口河段）的控制性水库梯级电站，下距河口约358公里。锦屏一级水电站坝址以上流域面积10.3万平方公里，占雅砻江流域面积的75.4%。坝址处多年平均流量为1220立方米/秒，多年平均年径流量385亿立方米。锦屏一级水电站规模巨大，主要任务是发电。电站总装机容量360万千瓦(6台x60万千瓦)，枯水年枯期平均出力108.6万千瓦，多年平均年发电量166.2亿千瓦时。水库正常蓄水位1880米，死水位1800米，总库容77.6亿立方米，调节库容49.1亿立方米，属年调节水库。枢纽建筑由挡水、泄水及消能、引水发电等永久建筑物组成，其中混凝土双曲拱坝坝高305米，为世界第一高拱坝。建设总工期9年3个月，工程静态总投资182.9亿元。

2012年1月锦屏一级电站5号机组定子铁心组装完毕，准备作磁化试验。

1.水轮发电机定子铁心磁化试验

1.1磁化试验目的

发电机定子铁心是由薄硅钢片现场叠装而成。在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，在定子铁心组装完成后，必须进行铁损试验，以检查铁心片间绝缘是否短路，同时通过磁场振动叠装的冲片，使其更密实，在磁化试验完成后对铁心进行最终压紧。

试验中，测量定子铁心的总有功损耗及定子铁心机座等各部位的温度，查找局部过热点，从而计算出铁心的单位损耗及温升，发现可能存在的局部缺陷，综合判断定子铁心的制造、安装质量是否符合设计要求。

1.2磁化试验的原理

在叠装完成的发电机定子铁心上缠绕励磁绕组，绕组中通入交流电流，使之在铁心内部产生接近饱和状态的交变磁通使铁心磁化，从而在铁心中产生涡流和磁滞zhi损耗，使铁心发热。同时，如铁心中片间绝缘受损或劣化部分将产生较大的涡流，温度升高较快。用埋设的热电偶测量铁心、上、下压板及定子机座的温度，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；在铁心上缠绕测量绕组，测量其感应电压，计算出铁心总的有功损耗。计算出温升与单位铁损。根据测量结果与设计要求比较，来判断定子铁心的制造、安装质量。

1.3磁化试验准备工作的检查

1.3.1检查已对定子进行彻底的清扫，全面检查机座和铁心。

1.3.2检查所有的槽样棒应已取出。

1.3.3检查通风沟、上下端部等位置、各环板间，保证各处无残留金属物件。1.3.4检查紧固定子铁心所有拉杆螺丝等全部工作应已全部完成并检验合格。1.3.5为了使试验磁通密度尽量均匀，检查励磁线圈缠绕是否均匀，且首位尾部相连，紧贴在铁心齿表面。

1.3.6检查测量线圈缠绕应在偏离励磁线圈90°位置，且电缆拉紧并紧贴铁心槽底。

1.3.7用2500V兆欧表测量励磁线圈的对地绝缘电阻，应符合制造厂要求。用1000V兆欧表检查测量线圈对地电阻应大于1MΩ。

1.3.8检查试验仪器、仪表满足试验要求。

1.3.9检查供电电源容量满足试验电源容量要求。

1.3.10检查用于试验的高压开关柜经调试、试验合格，不带负荷分、合闸操作3次，正常。

1.3.11应急照明检查。

1.3.12试验设施布置情况检查：励磁电源布置、温度计布置和测量线圈布置等。

1.3.13试验的接线检查：励磁线圈一般采用10kV柔性软电缆，按均匀励磁的需要，励磁电缆整圆均匀缠绕定子铁心。测量线圈用

2.5mm2塑胶线，紧靠定子铁

心在两组励磁线圈中间位置缠绕一圈。在线圈经过定子铁心棱角处用足够强度的绝缘垫防护，以防止线圈受损。检查接线的正确性及接线头是否可靠。

1.3.14检查机座接地是否可靠。

1.3.15检查试验用的电线、电缆有否破损，接头处绝缘有否破损。

1.5 锦屏一级电站5号发电机及试验参数：

发电机有关参数：

型号：SF647.5-42/13130

额定容量：647.5 MW/700 MVA

功率因数：0.925（滞后）

额定电压：20kV

额定电流：20207 A

额定转速：142.9r/min

定子铁心槽数：504 槽

定子铁心外径：D

外

=1313cm

定子铁心内径：D

内

=1200cm

定子铁心长度：L＝325cm

定子铁心槽深：h=22.852cm

铁心通风沟层数：n =67

铁心通风沟高度：b=0.6cm

定子冲片损耗： 1.05 (W/kg)（1特斯拉时）

铁心比重ρ： 7.6t/m3

1.6试验相关计算

1.6.1试验准备计算

1.6.1.1 励磁线圈安匝数计算Aω

Aω=π(D

外-h

a

)·H

式中：

D

外

—铁心外径(cm)=1313cm

h

a

—轭部宽度(cm)

H—单位长度安匝数，磁通在1特斯拉时，推荐值为2.15～2.3 (安匝/厘

米),取2.2(安匝/厘米)。

h a =(D

外

-D

内

)/2- h

D

内

—铁心内径(cm) h—定子铁心槽深 (cm)

h a =(D

外

-D

内

)/2- h=（1313-1200）/2—22.852=33.648

Aω=π(D

外-h

a

)·H=3.1416×(1313-33.648)×2.2≈8842(安匝)

1.6.1.2 计算励磁绕组匝数ω

1

K—定子铁心叠压系数，片间用绝缘漆时取0.93-0.96,取0.95。轭部的有

效截面积S=K·(L- n·b)·h

a

S=0.95×（325-67×0.6）×33.648≈9103.8(cm2)

ω

1

—励磁绕组匝数

б—考虑漏磁及线路压降后的系数取1.1

U

1

—励磁电源电压，选10000 (V)

试验时磁通密度B＝1T，频率f＝50 (H

z

)

励磁绕组匝数ω

1 =U

1

/( e·б)= 10000/(4.44fBS·б)

=10000/(4.44×50×9103.8×10-4×1.1)≈45（匝）

1.6.1.3 计算励磁绕组电流I1（全电流）

I1＝Aω/ω

1

＝8842/45≈196.5(A)

载流量系数β取3.0 A/mm2

励磁电缆截面积S L= I1/β=196.5÷3.0=65.5 mm2

励磁电缆采用10kV无屏蔽交联电力电缆，参考型号规格：单心70 mm2。

1.6.1.4需要的视在功率近似值为

S

视＝U

1

I/1000＝10000×196.5/1000=1965 (KVA)

三相供电系统容量应为√3×1965≈3400 (KVA)

1.6.1.5磁通密度测量

当定子铁心轭部磁通密度为B＝1T时，单匝测量线圈之感应电势为: E2＝4.44BSfω

2

＝4.44×0.9104×50≈202.1V

采用单匝测量线圈，300V电压表测量。

实际磁通密度