深圳抽水蓄能電站1號發(fā)電機定子磁化試驗分析

陳建華，羅佑坤，彭 潛，李德芳

（深圳蓄能發(fā)電有限公司，廣東省深圳市 518000）

0 引言

深圳抽水蓄能電站發(fā)電電動機是由哈爾濱電機廠負責設計和制造，定子機座采用兩瓣運輸至工地進行焊接拼裝，定子鐵芯采用50W250型號硅鋼片疊合組裝而成，疊裝完成后必須進行磁化試驗，通過實測定子鐵芯單位質(zhì)量的損耗，測量鐵軛和齒的溫度，檢查各部溫升是否超過規(guī)定值，從而綜合判斷鐵芯片間的絕緣是否良好，以防止發(fā)電機在運行中，定子鐵芯因局部渦流過大而引起鐵芯局部過熱，造成燒傷定子繞組或燒傷鐵芯事故。依據(jù)《發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導則》（GB/T 20835—2016），對于水輪發(fā)電機，判定鐵芯質(zhì)量主要有兩條，一是鐵芯最大溫升限值≤25K，二是鐵芯相同部位（定子齒或槽）溫差限值≤15K；除此之外還有一條輔助的鐵芯質(zhì)量判別方法，就是定子鐵芯比損耗P1值不大于所用硅鋼片的標準比損耗的1.3倍。當鐵芯溫升超過限值，采用主要判據(jù)即可判斷鐵芯質(zhì)量有問題，無需再看輔助判據(jù)；而當鐵芯溫升沒有超過限值，但是鐵芯比損耗P1值大于所用硅鋼片的標準比損耗的1.3倍，此時到底該如何判斷鐵芯質(zhì)量，卻沒有相應的規(guī)范或指引。本文查閱相關文獻資料，結合本工程，對此做了計算、分析，便于大家參考。

1 試驗基本原理

定子鐵芯纏繞若干個勵磁繞組，將交流電流通入勵磁繞組，因交流電流在定子鐵芯中產(chǎn)生磁場，而產(chǎn)生渦流和鐵磁損耗，使鐵芯發(fā)熱，通過測量鐵芯總的有功損耗與溫度，計算出單位重量鐵損與溫升，以此判斷鐵芯疊裝質(zhì)量優(yōu)劣。

如果鐵芯絕緣不好或者鐵芯裝配質(zhì)量欠佳，當鐵芯通過交變磁通時，渦流損耗會增加，造成局部過熱，加速鐵芯和線棒絕緣老化，嚴重時造成鐵芯絕緣損壞和線棒擊穿事故。

2 試驗參數(shù)及計算

2.1 定子相關參數(shù)

定子鐵芯外徑：D1=6.630m；

定子鐵芯內(nèi)徑：Dil=5.450m；

定子鐵芯高度：l=3.2m；

定子鐵芯槽深度：hS=0.1751m；

定子通風溝高度：bv=0.006m；

定子通風溝數(shù)量：n=70；

定子鐵芯疊壓系數(shù)：k=0.95；

硅鋼片密度ρ=7.60×103kg/m3。

2.2 試驗相關計算

（1）鐵芯有效長度：lu=k（l-nbv）=0.95×（3.2-70×0.006）=2.641m。

（2）鐵芯軛部寬度：hys=（D1-Dil）/2-hs=（6.630-5.450）/2-0.1751=0.4149m。

（3） 鐵芯有效截面積：Q=luhys=2.641×0.4149=1.0958m2。

其中：U1=10000V，f=50Hz，B=1.0T（廠家數(shù)據(jù)）。

（5）勵磁繞組電流：I=π（D1-hys）H/W1=3.14×（6.63-0.4149）×200÷42=92.93A。

其中：H最大值=200（廠家數(shù)據(jù)）。

（6）所需電源容量：S=KSU1I×10-3=1.1×104×92.93×10-3=1022.2kVA[依據(jù)《發(fā)電機定子鐵芯磁化試驗導則》（GB/T 20835—2016）第4.3節(jié)，ks取1.1]。

（8）定子鐵芯軛部質(zhì)量：m=π（D1-hys）Qρ= 3.14×（6.63-0.4149）×1.0958×7.60×103=162525.9kg。

3 試驗設備及過程

3.1 試驗設備

試驗設備及型號見表1。

表1 試驗設備及型號Tab.1 Test equipment and model

3.2 試驗接線

將勵磁電纜分三組，每組14匝對稱纏繞在定子鐵芯上，接線原理見圖1。

圖1 試驗原理接線圖Fig.1 Wiring diagram of test principle

3.3 試驗過程

（1）記錄鐵芯各測量部位的初始溫度及環(huán)境溫度。

（2）合高壓開關，嚴密監(jiān)視各電壓、電流、功率值，觀察定子鐵芯各部位聲音及振動情況。

（3）通電1min，跳開高壓開關，檢查無異常情況。

（4）重新開始鐵損試驗90min。每隔10min記錄一次各測量表計讀數(shù)和溫度值。用紅外測溫儀測量鐵芯表面溫度，準確記錄。

（5）達到試驗時間后，切斷電源、結束試驗。

4 試驗結果及分析

4.1 試驗結果

鐵損測量見表2，溫度測量見表3。

4.2 數(shù)據(jù)分析

從表3可知，鐵芯最高溫升9.55K，鐵芯相同部位（定子齒或槽）最大溫差7.95K。依據(jù)《發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導則》（GB/T 20835—2016）鐵芯質(zhì)量判別標準，鐵芯最高溫升≤25K，鐵芯相同部位（定子齒或槽）最大溫差≤15K，可知鐵芯溫升和溫差均優(yōu)于標準值，說明鐵芯片間絕緣良好，現(xiàn)場鐵芯疊片工藝和質(zhì)量符合要求。

從表2可知，折算到高斯單位鐵損P10的最小值是1.33683W/kg，最大值是1.38284W/kg，平均值是1.35877W/kg。依據(jù)《發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導則》（GB/T 20835—2016）鐵芯質(zhì)量輔助判別方法，定子鐵芯比損耗P10值不大于所用硅鋼片的標準比損耗的1.3倍即P10≤1.3P10/50。50W250型號硅鋼片P10/50為1.05W/kg，也就是說折算到高斯單位鐵損應不大于1.365W/kg。表2中的10個結果值有5個超過1.365W/kg，如果按照該判定方法，可以判定鐵芯質(zhì)量有問題，但是從上述溫升和溫差判定鐵芯質(zhì)量無問題，至于到底有無問題，筆者通過查閱相關資料，進行進一步論證：

表2 鐵損測量Tab.2 Iron loss measurement

表3 溫度測量Tab.3 Temperature measurement

從鐵芯質(zhì)量計算公式可以看出，該公式計算了鐵芯軛部質(zhì)量，鐵芯的齒部質(zhì)量并未計算在內(nèi)，總的鐵芯質(zhì)量偏小，為了準確計算鐵芯質(zhì)量，采用下面公式[2]：

式中G0——單片鐵芯沖片平均重量；

l——鐵芯外圓周長；

l0——單片沖片平均外圓弧周長；

h——鐵芯高度；

k——疊壓系數(shù)；

b0——單片鐵芯沖片平均厚度。

為此，筆者從2號定子沖片中隨機抽取20片相同規(guī)格的定子沖片，通過實際測量和計算：

根據(jù)該鐵芯質(zhì)量，重新計算單位損耗，修正表2得到表4。

表4 鐵損測量修正值Tab.4 Correction of iron loss measurement

通過鐵芯質(zhì)量的精確計算，修正之后的值P10值完全滿足P10≤1.3P10/50，輔助判據(jù)判定結果仍然是合格，與主要判據(jù)判定結果一致。

5 結束語

磁化試驗是考核發(fā)電機定子鐵芯質(zhì)量的主要手段，鐵芯溫升和溫差作為主要判據(jù)，鐵芯比損耗作為輔助判據(jù)。當主要判據(jù)判定合格而輔助判據(jù)判定不合格時，如何打消疑慮？筆者通過重新計算鐵芯總質(zhì)量進行計算分析，證明鐵芯質(zhì)量仍然合格。以本工程為例，希望對碰到類似情況的磁化試驗有借鑒和參考意義。