600MW汽輪發(fā)電機定子鐵芯損耗試驗

【摘要】汽輪發(fā)電機在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，造成片間短路，從而引起局部過熱，需要對定子鐵芯的絕緣狀況進行重點檢查，鐵心損耗試驗是檢查定子鐵芯最直接和有效的方法。

【關(guān)鍵詞】汽輪發(fā)電機；鐵心損耗實驗；絕緣損壞

1.引言

汽輪發(fā)電機定子鐵芯是由薄硅鋼片疊裝而成，在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，從而造成片間短路。

為了防止疊裝片間短路引起局部過熱，需要進行定子鐵芯的鐵損試驗，以計算鐵芯單位質(zhì)量的損耗，測量鐵芯齒部和軛部的溫度，檢查各個部分溫升是否超過規(guī)定值，從而綜合判斷鐵芯片間絕緣是否良好。本文對以ALSTOM 50WT23E-138機型舉例說明鐵損試驗的試驗過程與試驗結(jié)果。

2.鐵損試驗的試驗過程

2.1 50WT23E-138型600MW汽輪發(fā)電機簡介

50WT23E-138型600MW汽輪發(fā)電機如圖1所示，為隱極式二極發(fā)電機，采用水、氫、氫冷卻方式，即定子線圈直接水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子線圈直接氫內(nèi)冷，定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)為氫外冷。發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)采用機端自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。該發(fā)電機在結(jié)構(gòu)上與國產(chǎn)600MW發(fā)電機有較大的不同。50WT23E-138型600MW汽輪發(fā)電機額定容量為716MVA，額定電壓為22000V，額定電流為18790A，勵磁電壓為473V，勵磁電流為4879A，功率因數(shù)為0.9（滯后），額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，額定氫壓：4bar。

圖1 汽輪發(fā)電機模型

定子鐵芯兩端的壓圈采用M330-50A型0.5mm硅鋼片疊裝而成，然后用真空壓力浸漬成型，裝配后起到磁屏蔽作用，避免鐵芯端部局部過熱，此裝置取代了國產(chǎn)600MW發(fā)電機常用的壓圈加銅屏蔽的結(jié)構(gòu)。鐵芯每層由10.5張沖片螺旋疊裝而成，鐵芯軛部和21根鋁筋連接，鋁筋和鐵梁把合，鐵梁再通過“U”型塊與機座環(huán)板焊接，起到減震作用。鐵芯軸向位置有21根拉緊穿心螺桿，徑向中間位置設(shè)有通風區(qū)域。并且鐵芯中埋設(shè)12只測溫元件（RTD），以監(jiān)測發(fā)電機運行時鐵芯溫度。定子鐵心如圖2所示。

圖2 定子鐵心模型

2.2 鐵心損耗試驗

試驗前需要計算勵磁繞組的匝數(shù)、勵磁電流大小及變壓器的容量，計算中用到的基本參數(shù)如下。定子鐵芯填充系數(shù)K：0.93，定子鐵芯總長L1（mm）：6900，定子鐵芯通風溝數(shù)n：12，定子鐵芯通風溝寬b（mm）：20，定子鐵芯外徑D1（mm）：2930，定子鐵芯內(nèi)徑D2（mm）：1370，定子鐵芯齒高hc（mm）：208，硅鋼片安匝數(shù)取h0：5.77（A/cm）。由以上數(shù)據(jù)可得：

定子鐵芯有效長度（mm）L：

定子鐵芯軛部高度（mm）h：

定子軛部的平均直徑（mm）Dav：

定子鐵芯軛部截面積S：

m2

勵磁線圈匝數(shù)WL：

取5匝

勵磁繞組電流I：

電源容量（KVA）PL：

對于鐵芯溫度檢查，這里采用紅外線熱像儀。試驗中有專人在現(xiàn)場進行時時檢查和紀錄。

在低磁通下，檢查整個線路和鐵芯有無異常現(xiàn)象。低磁通檢查試驗完成并且確認正常后，進行正式鐵芯損耗試驗。關(guān)閉所有可能照射到定子鐵芯上的照明，記錄好鐵芯初始溫度，合閘通電，升壓（投入補償系統(tǒng)），直到磁感應(yīng)強度達到1.5T，開始計時。記錄測量電壓、電流和功率，同時現(xiàn)場人員用紅外線熱像儀，在定子鐵芯汽端和勵端各拍攝一張鐵芯溫度圖像，在此期間用紅外線熱像儀循環(huán)掃描定子鐵芯，隨時檢測各個部位溫度，找出高溫區(qū)進行重點檢測。

3.試驗結(jié)果與分析

在鐵心損耗試驗中，對不同時間的電壓、電流、功率和磁感應(yīng)強度進行記錄，在22點05分時，電壓為5810V，電流為923A，功率為575KW，磁感應(yīng)強度為1.49T，在22點20分時，電壓為5790V，電流為917A，功率為575KW，磁感應(yīng)強度為1.49T。

（1）單位損耗分析

試驗時實際的磁通密度B（T）：

軛部重量（kg）G：，其中7.8×10-3是鐵芯比重（kg/cm3）。根據(jù)功率表讀數(shù)，得到實際的總鐵損（瓦）為PFe，可得到定子鐵芯軛部單位鐵損（W/kg）：

（2）紅外溫度分析

電機定子鐵芯鐵損試驗是發(fā)現(xiàn)電機定子鐵芯缺陷及確定電機定子鐵損損耗大小的重要試驗。確定電機定子鐵損損耗除利用測量試驗的電流、電壓來計算外，另一種重要手段就是通過測量電機定子鐵芯在試驗過程中的溫升來評價定鐵芯的質(zhì)量。更重要的是通過測量電機定子鐵芯的溫度可以發(fā)現(xiàn)電機定子鐵芯局部是否有過熱點，從而確定電機定子鐵芯是否有缺損。試驗記錄結(jié)果如下：在1.49T中，持續(xù)15分鐘后，鐵芯無熱點被發(fā)現(xiàn)，試驗初始時鐵芯溫度是24.3℃；15分鐘時鐵芯最高溫度29.6℃，最低溫度27.6℃。溫升是5.3℃，溫差2.0K。根據(jù)以上結(jié)果可知，符合ALSTOM標準HTGG 600632_B中相關(guān)要求。

綜上所述，鐵芯損耗試驗是檢驗汽輪發(fā)電機定子鐵芯絕緣是否良好的一種直接方法，也是計算鐵芯實際損耗的直接路徑，在發(fā)電機定子的生產(chǎn)和檢修過程中起到了關(guān)鍵性的作用。

參考文獻

[1]湯蘊繆.電機內(nèi)的電磁場[M].科技出版社，1998.

[2]李建明.高壓電氣設(shè)備試驗方法[M].中國電力出版社， 2001.

[3]CORE MEASUREMENT HTGG 600 632_B[M].ABB Kraftwerke AG，1994.

作者簡介：李任飛（1979—），男，中國電能成套設(shè)備有限公司工程師。