浅谈水轮发电机定子铁损试验方法耿仲华

浅谈水轮发电机定子铁损试验方法耿仲华

耿仲华

（广西桂能科技发展有限公司广西南宁530000）

摘要：为了确保水轮发电机定子铁芯装配精确性，需要对其进行定子铁损试验。科学进行定子铁损试验，可以对发电机定子铁芯装配质量进行有效检验，同时检验铁芯自身具备的绝缘性能。因此本文将结合J水电站实际案例，研究水轮发电机定子铁损试验方法，以期为相关试验提供参考、借鉴。

关键词：水电站；水轮发电机；定子铁损；试验方法

前言：发电机能量损失就可以称之为定子铁损，造成这种情况的主要原因为发电机在运行过程中，铁芯内部会生成涡流，在经过铁芯时，铁芯内部就会生成热能，从而消耗能量，因此将其称之为铁损。在铁损中主要包含磁性材料产生的磁滞损耗、涡流损耗与剩余损耗，其单位是W/kg[1]。铁磁材料的磁介质可以看作磁滞损耗，其会在一定的励磁磁场基础上生成固有损耗；磁通出现交变过程中，铁芯生成感应电动势，从而发生感应电流，电流主要为旋涡状态，因此可以将其称之为涡流损耗；感应电流可以使铁芯电阻生成损耗，可以将其理解为涡流损耗，除了磁滞损耗与涡流损耗之外的损耗，即剩余损耗，但其并不会占据较大的比重，因此可以忽略。定子铁损会对发电机的运行效率产生严重影响，甚至还会出现铁芯内部短路造成的局部过热问题，使铁芯绝缘与定子线圈绝缘快速老化，更有甚至，还会使铁芯被烧损或出现线圈击穿的严重事故。因此采用有效试验，可以对定子铁芯绝缘情况进行有效检查。

一、J水电站背景介绍

J水电站属于坝式水电站，电站的主要作用为发电，同时还具备航运、防洪等功能，主要负责华东电网调峰、调频与事故备用等相关任务。为了充分满足华东电网调峰调频电源需求，2017年对2#机组进行了扩容改造。本文进行试验的就是J水电站2#机组，对水轮发电机铁损试验方法进行分析。

二、水轮发电机定子铁损试验要求

在本次试验中，主要参考标准包含：《发电机定子铁芯磁化试验导则》GB/T20835-2007、中华人民共和国电力行业标准《电力设备预防性试验规程》DL/T596-1996中的相关规定。依照各点温度为1.0T磁通密度折算与计算，在实验过程中，铁芯的最高温度限制会低于25°C，铁芯各部分的温差不能大于15°C，使用表示单位铁损，基于1T情况下，单位铁损不能超过1.3倍参考值，试验时间为90分钟。

三、水轮发电机定子铁损试验方案与接线方法

J水电站2号机组的主要特征为低水头、低转速、大直径，同时由于受到试验现场多方面条件的约束，例如电源、对断路器提供保护等，经过相关企业、技术人员商议、讨论后，选择了下述试验办法：

第一步：为了使每组励磁线圈中的励磁电流获得降低，使6组励磁线圈互相并联，同时将每组励磁线圈的引出线与低压真空断路器出现端互相连接，因此每一组线圈的试验电流可以达到整体试验电流的1/6[2]，同时每组中包含9匝励磁线圈。试验中使用的励磁线圈具备较强的绝缘性，避免发生对地短路事故，从而生成弧光使铁芯损坏。使励磁线圈环绕过程中，在铁芯的上端部、下端部使用了绝缘橡皮，同时扎紧线圈接头部分，在外部使用绝缘胶带包裹，保持全部线圈的绕线方向相同。

第二步：在励磁试验变压器低压部分，使用一台低压开关柜与其连接，其主要作用就是可以对专用断路器提供保护。

第三步：试验过程中的电源采用了施工电源，包含A相与C相。

第四步：试验中的电流功率为762kVA，在试验古城中会使用容量极大的电流，为了确保水轮发电机定子铁损试验顺利完成，避免对其他单位与企业产生影响，因此将试验时间设置在深夜。

第五步：绘制J水电站的2号机组定子铁损试验接线图。在试验过程中采用的仪器与仪表包含：智能抽出式真空断路器、试验用变压器、6组励磁线圈、测量线圈、电流互感器、电流继电器、手动跳闸按钮、励磁电压表、测量电压表、交流电流表、低功率因数瓦特表、频率表、红外线温度测试仪、酒精温度测试仪、兆欧表、石棉布、绝缘橡胶板等。

四、水轮发电机定子铁损试验步骤与方法

第一，在试验开始之前，成立了专业的试验指挥部门，其主要职责是对试验全部过程进行协调、指导、指挥，对紧急事故有效处理，避免安全事故出现。

第二，对全部铁芯螺栓进行检查，确保其紧固力矩处于标准范围中。之后对定子内部、通风槽沟等部分的铁磁性物质溢流情况进行检查。使用压缩空气对定子内部外部、沟槽等部分杂质进行彻底清除；对定子机架与基础支墩全面检查，确保其可靠性与稳定性，之后使用裸铜线连接机架与接地网。

第三，对励磁绕组进行缠绕。压紧定子铁芯之后，要对其外观进行检查，确保其尺寸合格，才能与铁损试验需要相符，之后就可以进行励磁绕组的缠绕操作。在缠绕过程中，要确保全部的线缆与铁芯处于紧紧缠绕状态，确保缆线不会进入到线槽中，在处理棱角部分时，要同时使用绝缘橡皮，可以起到良好的保护作用。

第四，对测量绕组进行缠绕，使用多股铜芯橡皮线缠绕在定子铁芯励磁绕组中间部分，缠绕两圈。将测量绕组的导线放置在槽底部分，从上下压板之中的间隙穿过，对定子有效铁芯形成包裹与缠绕，但要留出定子机座，使用绝缘箱皮处理棱角部分。

第五，对仪器、仪表进行连接。连接之后对接线进行检查并保持正确，同时要对测量仪表与线圈极性进行检查。完成全部的连线之后，使用兆欧表对励磁绕组、测量绕组等回路绝缘电阻进行检测。

第六、对测温点进行布置。首先需要埋设酒精温度测试仪，沿着圆周部分，间隔24槽的距离分成上部、中部、下部三个位置对酒精温度测试仪进行埋设，之后使用石棉布密封，避免热量散失对测量精准性产生影响。同时在铁芯背面每一个90°方向，都制作3个测温标志点，数量为12个；在铁芯背部的某个测温标志点对应的位置处，相应上部、下部压板部分设置8个测温标志点[3]。在试验过程中，使用红外线温度测试仪对标志点的温度进行测试，同时进行记录。

第七，试验过程中，技术人员、试验人员、记录人员、管理人员要将试验过程全部记录，确保各项数据的准确性。

第八，对变压器低压侧真空断路器进行手动合试验，从而全面观察定子铁芯的实际振动情况，之后对定子铁芯各部分情况仔细观察，若发生冒烟、火花等异常情况，要立即停止实验并找出原因。

第九，通电十分钟后，若没有出现异常情况，确保每一仪表仪器均处于正常运行状态，即可以开始进行90分钟的正式实验，间隔15分钟记录一次。

第十，完成90分钟的试验之后，关闭电源，对电子机座的焊缝进行检查，定位筋与机座的每个焊缝部分不应存在裂纹，螺杆没有发生松动情况，就可以拆除连线与励磁绕组、测量绕组等部分的缆线。

第十一，在试验过程中，安排专业的人员对跳闸按钮进行手动控制，如果在试验过程中铁芯振动出现异常情况，要立即完成手动跳闸操作。

五、水轮发电机定子铁损试验结果

通过试验、数据记录、分析、计算，得出以下结果：铁芯轭部截面为0.199728m2；铁芯密度为7.6×103kg/m3；齿部最大温差为7.42°C；铁芯最高温升为20.42°C。

结语：本文对J水电站2号机组进行了定子铁损试验，通过试验数据与计算结果可以看出，基于各点温度为1.0T磁通密度进行折算：第一，单位铁损为1.22W/kg，没有大于1.3，参考值为1.3×1.1＝1.43W/kg；铁芯的最高温升为20.42°C，没有超过参考值25°C；铁芯最大温差为7.42°C，没有超过参考值15°C。这些数据结果都完全符合试验相关标准与要求，可以看出J水电站2号机组铁芯片之间具备良好的绝缘性。

参考文献：

[1]马晨原，庞宏强，谢佳.基于对称绕组的水轮发电机定子铁损试验中圆周磁场的分析[J].水电能源科学，2018，36（07）：124-126.

[2]王建正，李科，刘艳丽，郭林伟.变频电源在水轮发电机组定子铁损试验中的应用[J].四川水力发电，2018，37（04）：119-122+127.

[3]刘微微，刘红.水电站水轮发电机定子铁心铁损试验的现场实施[J].内蒙古电力技术，2012，30（01）：107-112.