鲁地拉水电站定子铁芯损耗试验

鲁地拉水电站定子铁芯损耗试验

张伟壮徐品符西

云南华电鲁地拉水电有限公司云南大理671600

摘要：本文结合鲁地拉水电站#1水轮发电机定子铁损试验，着重对水轮发电机定子铁芯装压后进行铁损试验的目的、原理、标准和方法进行了介绍，对于大、中型水轮发电机组现场叠片而成的定子铁芯损耗试验有一定的参考意义。

关键词：鲁地拉水电站；定子铁芯；铁芯损耗；温升

鲁地拉水电站位于云南省丽江市永胜县与大理白族自治州宾川县交界处的金沙江干流中游河段上，鲁地拉枢纽工程以发电为主，兼顾防洪、航运。电站厂房为引水式地下厂房，装机6台，单机容量360MW。

1试验目的

水轮发电机定子铁芯是由硅钢片现场叠装而成。由于在制造和检修可能存在的质量不良，或在运行中，由于热和机械力的作用，可引起片间绝缘损坏，造成短路，形成局部过热，威胁机组的安全运行。所以发电机在交接时或运行中，对铁芯绝缘有怀疑时，或铁芯全部与局部修理后，需进行定子铁芯的铁损试验，以测量铁芯单位质量的损耗，测量定子铁轭和齿的温度，检查各部温升是否超过规定值，从而综合判断铁芯片间的绝缘是否良好。

2试验原理

定子铁芯上缠绕若干个励磁绕组，绕组接通交流电源，在定子铁芯中产生一定强度的交变磁场，同时产生涡流与磁滞损耗，使铁芯发热。根据试验数值计算出单位重量铁芯损耗与温升，把温升和单位质量铁芯损耗折算成标准磁通量（1.0T）下的数值，并与硅钢片制造厂所提供的单位重量铁芯损耗计算值和国家相关标准规定进行比较，从而判别铁芯叠装质量。

3试验标准

试验采用0.8～1.0T的磁通密度，M250-50A型硅钢片单位损耗1.05W/kg（1.0T），各点温度按1.0T磁通密度折算时，铁芯最大温升小于25K，最大温差小于15℃，铁芯与机座温差小于15℃，试验持续时间为90min。

4发电机相关参数：

（1）发电机主要参数

发电机型号：SF360-60/15070发电机型式：三相、立轴半

伞式、空冷同步发电机

额定视在功率:400MVA额定有功率:360MW

额定电压:18kV额定电流:12830A

额定功率因数:0.9(滞后)额定频率:50Hz

（2）定子铁芯主要参数

5试验前的相关计算

(1)铁芯有效长度L=k×（L1-n×b）=174.276（cm）

(2)铁芯轭部高度h=（Di-Da）/2-Hs=27.54（cm）

(3)铁芯轭部截面积A=L×ha=4799.561（cm2）

(4)励磁线圈匝数Nr=U2/(4.44f×A×B)=89.38（匝）

U2励磁线圈电源电压，为10000V

F试验电源频率，为50Hz

B试验时铁芯轭部磁通密度，取1.05T

由于电缆的电压降及电磁损耗,匝数取88匝,以补偿各种损耗,从而提高磁通密度并略高于1T较好。

(5)励磁绕组电流I=π×（Di-h）×Ho/Nr=105.6A

(6)电源容量S≥1.1×U2×I=1161（kVA）

(7)若测量线圈取Nm=1匝，则测量电压U1=U2×Nm/Nr=113.6（V）

(8)励磁线圈导线的选择：按每3.0A/mm2计算，所需励磁电缆芯线截面积为105.6/3.0=35.2mm2，选用截面积为50mm2的10kV电缆，分四个区域对称缠绕，每个区域缠绕22圈，总长度为800米。测量线圈应180度对称布置。

(9)铁芯轭部总重量

Dav=Di－h=14.7946(m)

Dav—铁芯轭部平均直径

G=π×Dav×A×ρ

=3.14×14.7946×0.4799561×7.6×103=169452.5（kg）

6试验设备的选择

7试验接线

图2铁芯损耗试验接线原理图

励磁线圈采用10kV多股柔性软电缆，按均匀励磁的需要，励磁电缆整圆均匀缠绕定子铁芯。测量线圈用2.5mm2塑胶线，紧靠定子铁芯在两组励磁线圈中间位置缠绕一圈。在线圈经过定子铁芯棱角处用足够强度的绝缘垫防护，以防止线圈受损。

8试验操作

(1)试验条件具备后，试验有关人员全部就位，记录原始温度；

(2)合电源，全面检查铁芯各部有无异常，如发现冒烟、局部发热、异常响动等，立即切开电源，停止试验；

(3)每隔十分钟记录一次各表计读数，并用红外测温仪随时监测各部位温度，找出高温区进行重点监测；

(4)整个试验持续90分钟；

(5)观察定子噪音和振动应正常，检查拉紧螺杆无松动现象；

(6)铁损试验合格后，重新检查压紧螺杆力矩值，如果力矩值减小，重新拧紧压紧螺杆，直到力矩值达到成家给定值；

(7)整个试验完成以后，所有试验设备撤除、退场，然后将试验区域清理干净。

9试验结果分析有关公式

①实际磁通密=，式中，单位为Gs，为测量线圈感应的电压（V），为测量线圈的匝数（匝），为定子铁芯轭部截面积（m2）。

②换算至10000高斯时的单位铁损=，式中，为实际测量得到的总铁损(W)，为铁芯轭部重(kg)，为计算出的实际磁通密度（Gs）。

=，式中为瓦特表的读数，是电流互感器的变比,为励磁线圈匝数，为测量线圈匝数。

③换算至10000高斯时，最高齿温差

为最高齿温，为最低齿温

④换算至10000高斯时，铁芯最高温升

为铁芯最高温度（或齿温），为铁芯初温。

10试验数据

11试验结论

铁芯硅钢片单位损耗在1T时为0.958W/kg，铁芯最高温升11.92K，铁芯温度最大温差12.22℃，铁芯与定子机座最大温差12.22℃，满足标准要求，定子铁芯损耗试验结果合格。

参考文献

[1]李建明，朱康.高压电器设备试验方法（第二版）.北京：中国电力出版社，2001.

[2]DL/T596-1996电力设备预防性试验规程.北京：中国电力出版社，1997.

[3]陈天翔，王寅仲，海世杰.电气试验（第二版）.北京：中国电力出版社，2008.

作者简介：张伟壮（1987-），男，河北省石家庄深泽县人，云南华电鲁地拉水电有限公司电气一次专业助理工程师，本科，从事电厂一次设备维护、检修及试验工作。