CCS電站磁化試驗淺析

趙貝，李卓

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，云南昆明650001）

CCS電站磁化試驗淺析

趙貝，李卓

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，云南昆明650001）

厄瓜多爾CCS電站共有8臺單機容量205 MW水輪發(fā)電機組。發(fā)電機定子機座由鋼板焊接而成，由于運輸限制定子機座需分瓣運輸，在現(xiàn)場組裝。磁化試驗是發(fā)電機定子鐵芯硅鋼片疊合組裝完成后必須進(jìn)行的一項重要試驗，其目的是檢查定子鐵芯制造和現(xiàn)場安裝的整體質(zhì)量、片間的絕緣是否良好，如果絕緣損壞會造成短路，在短路區(qū)域形成局部過熱，威脅機組的安全運行。本文將對磁化試驗的方法，試驗參數(shù)，試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)說明，供同類機組試驗時借鑒。

定子磁化試驗；電源容量；數(shù)據(jù)分析

1　工程概況

厄瓜多爾辛科雷水電站位于厄瓜多爾納波省的可卡科多河，距首都基多140 km，電站總裝機1 500 MW，電站機組為哈電總承包，電站共有8臺單機容量205 MW水輪發(fā)電機組。發(fā)電機定子機座由鋼板焊接而成，由于運輸限制，定子機座需分瓣運輸，在現(xiàn)場組裝。定子鐵芯采用0.5 mm低損耗、無時效、高導(dǎo)磁系數(shù)、單位磁滯損耗不大于2.4 W/kg（B=1.0 T），頻率為60 Hz的優(yōu)質(zhì)薄硅鋼片疊裝成整圓。薄硅鋼片的性能符合美國材料和試驗協(xié)會ASTM A876-09的有關(guān)規(guī)定。

2　試驗基本原理及方法

2.1定子磁化試驗接線（圖1）

圖1　定子磁化試驗接線簡圖

2.2發(fā)電機額定值及與定子鐵芯磁化性能測試相關(guān)的參數(shù)

型號：SF184.5-24/6800

額定容量：184.5 MW/205 MVA

額定功率因數(shù)：0.9

額定電壓：13.8 kV

額定電流：8 576.6 A

額定轉(zhuǎn)速：300 r/min

定子鐵芯槽數(shù)：324槽

定子鐵芯外徑：D外=6 800 mm

定子鐵芯內(nèi)徑：D內(nèi)=5 950 mm

定子鐵芯高度：L=2 700 mm

定子鐵芯槽深：h=157.2 mm

定子鐵芯通風(fēng)溝層數(shù)：n=64

定子鐵芯通風(fēng)溝高度：b=6 mm

定子鐵片厚度：0.5 mm（平均值）

定子鐵片標(biāo)準(zhǔn)損耗：≤2.4 W/kg（1.0 T 60 Hz）

鐵芯比重：ρ=7.6 T/m3

3　試驗理論計算

3.1勵磁線圈安匝數(shù)（AW）計算

h—定子鐵芯槽深15.72（cm）

ha—軛部寬度：ha=（D外-D內(nèi)）/2-h=（680-595）/2-15.72=26.78（cm）

H0—單位長度安匝數(shù)，磁通在1 T時，暫取2.2安匝/cm。

D外—鐵芯外徑680（cm）D內(nèi)—鐵芯內(nèi)徑595（cm）

AW=π（D外-ha）·H=3.1416×（680-26.78）× 2.2≈4515（安匝）

3.2勵磁繞組匝數(shù)W1的計算

S=k·（L-n·b）·ha

=0.95×（270-64×0.6）×26.78≈5892（cm2）

S—定子鐵芯軛截部面積（cm2）

k—定子鐵芯疊壓系數(shù)，片間用絕緣漆時取0.93～0.95，這里取0.95。

因輸入電壓為13.8 kV電源，則：

W1—勵磁繞組匝數(shù)，

σ—考慮漏磁及線路壓降后的系數(shù)，這里暫取1.1 U1—勵磁電源電壓，選13 800（V）

試驗時鐵芯扼部磁通密度B=1.0 T，頻率f=60（Hz）

3.3勵磁繞組電流I1（全電流）的計算

CCS水電站定子鐵芯磁化試驗采用13.8 kV電源，則：

流量系數(shù)β取3.0 A/mm2，考慮實際測試時的試驗余量，勵磁電流按1.15倍考慮為65 A。

勵磁電纜截面積SL=I1/β=65.0/3.0≈21.7（mm2）

考慮電纜發(fā)熱留1.4倍余量，勵磁電纜采用無鎧裝軟銅芯13.8 kV單芯35 mm2交聯(lián)電力電纜。

3.4試驗時需要電源提供的視在容量近似值計算

該容量要求安裝現(xiàn)場的電網(wǎng)必須具備：900kVA、13 800 V兩相長期供電運行的能力。

3.5磁通密度測量計算

當(dāng)定子軛部磁通密度為B=1.0 T時，單匝測量線圈感應(yīng)電勢為：

采用13.8 kV電源，則：

采用單匝測量線圈，300 V電壓表測量。

實際磁通密度：

U2—測量線圈端電壓（V），W2—測量線圈匝數(shù)（匝），S—有效鐵芯軛部的截面積（m2）

3.6試驗時磁通密度的實際值

試驗結(jié)束后，將試驗數(shù)據(jù)換算到1 T時，判斷溫升、溫差及單位鐵損是否合格。

U2—測量線圈感應(yīng)電壓值（V）

W2—測量線圈匝數(shù)（匝）

f′—實測頻率

B′—試驗時磁通密度（T）

3.7鐵芯重量

Dav—鐵芯平均直徑（D外-ha）（m）

3.8 1 T時定子有效鐵芯單位鐵損

△P=（Pfe/G）×（1/B′）2（W/kg）

Pfe—實測總損耗（W）

按照主機合同相關(guān)條款，實測單位鐵損應(yīng)不大于2.4 W/kg。

3.9鐵芯最高溫升

t3—最高鐵芯溫度t0—鐵芯起始溫度按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，△t1不得大于25℃。

3.10鐵芯最高溫差

t1—90 min時最高鐵芯溫度

t2—90 min時最低鐵芯溫度

按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，△t2不得大于15℃。

4　試驗數(shù)據(jù)分析

4.1磁化試驗數(shù)據(jù)

磁化試驗數(shù)據(jù)見表1所示。

（1）電源電壓測量值U1′是勵磁線圈PT二次側(cè)電壓表讀數(shù)，電源電壓實際值U1是勵磁線圈電壓（V）。

（2）電流測量值I1′是勵磁線圈CT二次側(cè)電流表讀數(shù)，電流實際值I1是勵磁線圈電流（A）。

（3）感應(yīng)電壓U2是測量線圈端電壓（V）。

（4）頻率f是頻率表讀數(shù)（Hz）。

（5）實際磁通密度B=U2/4.44fSW2（T）

（6）PFe：實測鐵芯總損耗PFe=P×（W1/W2）×n變比（W）×K

K=電壓量程×電流量程×功率因數(shù)/讀數(shù)量程=300×5×0.2/150=2。

表1　CCS電站8號機定子磁化試驗數(shù)據(jù)試驗時間：2015.06.23

（7）折算到1 T時鐵芯軛部單位質(zhì)量鐵損△P=（PFe/G）×（1/B）2（W/kg）。

（8）P是功率表讀數(shù)。

（9）（1/B）2為折算系數(shù)。

（10）n變比為CT變比。

（11）W1/W2為電壓變比。

4.2 CCS電站8號機定子磁化試驗溫升記錄

磁化試驗溫升記錄如表2所示。

表2　磁化試驗溫升記錄

4.3數(shù)據(jù)分析

通過對8號機定子磁化試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：鐵芯單位鐵損平均值為1.644 9 W/kg，最高溫升為9.768 K，最大溫差為5.192 K，3項指標(biāo)均滿足要求。

4.4磁化試驗要點分析

由于CCS電站地處厄瓜多爾山地區(qū)域，且廠用電及生活用電均采用柴油發(fā)電機組并網(wǎng)供電，所以現(xiàn)場磁化試驗電源只能采用柴油發(fā)電機組供電。考慮到定子磁化試驗沖擊合閘勵磁涌流為正常值的4～5倍，將理論計算所得900 kVA考慮安全系數(shù)為4所得試驗容量為3 600 kVA，實際CCS電站現(xiàn)場柴油發(fā)電機保障供電為4 100 kW，通過了8臺定子的磁化試驗。

5　結(jié)束語

CCS電站安裝精度要求高，定子安裝工期緊張，我們通過理論計算與實際試驗取值相結(jié)合的方法，制定了詳細(xì)的試驗方法，較好的保證了定子鐵芯安裝質(zhì)量的驗收。電源容量考慮安全系數(shù)為4，可靠的保證了CCS定子8臺機組的定子磁化試驗順利通過。

TK730.7

B

1672-5387（2016）09-0007-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.003

2016-04-15

趙貝（1987-），男，助理工程師，從事電氣試驗工。