万家寨水电站5号机组a级检修定子铁损试验分析

万家寨水电站5号机组a级检修定子铁损试验分析

0试验电源的选择定远铁心灰质试验是评价机车定远铁心材料质量的重要方法，也是测定铁心绝缘性能的重要过程。其基本方法是在定子铁心上缠绕若干组激磁绕组,通入50Hz交流电压,电流在发电机定子铁心中产生磁场、磁滞与涡流损耗,导致铁心发热。通过测量绕组得到的感生电压与激磁电流的有功功率损耗及温度,计算出单位质量定子铁心损耗(W/kg)与温升,比较判断铁心叠装质量。通过试验前的理论计算,选择合适的试验电源。鉴于万家寨水电站现场的试验条件,漏磁的影响会导致励磁绕组匝数与理论计算值有一定的偏差,相应的试验接线方法也要符合现场的实际情况。因此,本文重点介绍万家寨水电站5号发电机定子铁心发生溢出情况处理后定子铁损试验在现场实施情况。1发电机参数模型万家寨水电站装机容量1080MW,年设计发电量2.75TWh。6台发电机均为哈尔滨电机厂密闭自循环空气冷却的半伞式凸极水轮发电机,设备型号为SF180-60/12800。发电机主要结构参数见表1。发电机定子绕组采用双层条形波绕组,定子槽数540,极数2P=60,每极每相槽数q=3,支路数a=3Y,绕组节距1-9-19,铁心内径1230mm,铁心长度1850mm。定子绕组为F级桐马环氧粉云母多胶带主绝缘,全模压一次成形。定子线棒端头采用连接板银焊结构,端部绝缘结构为绝缘盒封口后灌注胶填充。定子绕组分9个分支,共1080根线棒,9个过桥,36个斜并头。2发电机的检修万家寨水电站4号机定子铁心溢出导致定子接地,因此对于同类型的机组电站都进行了检查,发现5号、6号机存在同样的问题。在5号发电机A级检修时,拆除所有线棒,进行铁心、线棒的检查。对铁心溢出问题进行处理,重新拉紧,并在现场进行铁损试验,以检验铁心叠装情况。2.1理论计算方法定子铁心相关数据见表2。2.1.1励磁电源及励磁线圈铁心有效长度:Lef=K(L1-nb)=146.68cm;铁心轭高:h=(D1-D2)/2-hc=19.504cm;铁心有效面积:S=Lefh=0.286m2。励磁电源电压U1为400V,频率50Hz。磁感应强度B为1T时励磁线圈匝数Wl=U1/(4.44fBS)=6.3匝。考虑到漏磁和长距离励磁电缆电阻影响,为保持1T的磁通密度,励磁绕组匝数W1相应减少1~2匝,为5匝。2.1.2励磁电流的确定定子铁轭的平均直径Dp=D1-h=1260.496cm;励磁电流I=πDpHo/W1≈1583.183A,其中,Ho为定子铁心单位长度所需安匝数,取值2安匝/cm。考虑到铁心饱和取1.2倍系数,电流最大可达到1899A。2.1.3励磁视载量q励磁视在容量Q=U1I≈633.273kVA。2.1.4铁心有效重量的估计和总能耗的估计2.1.5测量电压测量绕组用W2=U2W1/U1,普通导线绕2匝(考虑使测量电压在电压表量程的合适位置)。测量电压U2=U1W2/W1=160V。2.2现场试验2.2.1励磁测量圈的安装(1)铁心进行压紧,具备铁损试验条件后,可缠绕励磁线圈和测量线圈。为使试验的磁通密度尽量均匀,励磁线圈采用5个支路并联,每个支路电流380A,选用95mm2单芯软电缆。5个励磁线圈尽量呈72°对称分布。测量线圈缠绕部位与励磁线圈错开36°角呈72°对称分布。缠绕线圈时,电缆要拉紧并紧靠铁心,励磁线圈应贴在铁心齿表面,测量线圈则贴在槽底,棱角处垫橡皮及木板、纸板保护。测量线圈应布置于磁通均匀或接近均匀的区域,所有绕线应注意使磁通在同一方向。(2)采用0~100℃量程,误差为±1℃的酒精温度计,将36只温度计每间隔45槽放3只,按上中下3层均匀布置,插入定子铁心通风沟内。(3)试验电源由厂用变压器低压柜400V母线引出,经大容量断路器接入试验回路,将低压开关柜布置在定子外适当位置。(4)用1000V兆欧表测量励磁及测量线圈对地绝缘,均应良好。(5)按试验接线图(见图1)进行接线,表计量程正确,经反复检查无误。(6)使用红外测温仪测量定子铁心冷态值。(7)合上电源开关,稳定后同时读数,核算铁心的磁通密度。(8)接通电源开始试验,10min后,使用红外测温仪及成像仪扫描铁心各部位温度,在最热点和最冷点加装酒精温度计。(9)每隔10min记录1次各表计的读数,各部位的温度以及电流、电压、有功功率值,保持磁感应强度为0.9~1T,总试验时间为90min。2.2.2温度、温升测量发电机定子铁损试验电气数据记录及计算结果见表3,测温结果见表4、表5。从表4数据可以看出:采用红外成像仪测温,当时间为90min、磁感应强度为1T时,齿部的最高温升Δt1Tmax=Δtmax(10000/B′)2,为10.4℃,小于DL/T596—1996规定的25.0℃;最高齿部温差Δt1Tmax=(t2max-t2min)(10000/B′)2,为4.8℃,小于规程规定的15.0℃。红外成像仪扫描的是齿部放置酒精温度计周围区域铁心表面的最高温度。由于没有定点测量,所以温度总体是上升趋势,但过程中可能有升有降;铁心槽靠下部溢出经过处理的部分,温度、温升不明显,说明经过处理的矽钢片片间绝缘未损坏。采用酒精温度计测温,最高齿部温升为10.2℃;最高齿部温差为7.9℃。轭部采用红外测温仪测温结果:最高轭部温升为9.2℃,小于规程规定的25.0℃;最高轭部温差为4.5℃,小于规程规定的15.0℃。2.2.3试验结果的分析2.2.3.应力电压—1试验数据的计算功率计算公式:式中P1T—1T时的铁心损耗功率;PFe—实测铁心损耗功率;B′—实测磁通密度;U2—测量线圈感应电压,160V;f′—实测频率,若B′换算到50Hz,则f为50Hz;W2—测量线圈匝数,取值2;S—铁心有效面积,0.286m2。单位铁损计算公式:ΔPFe=(P1T/GFe),其中,PFe为实测铁损,已知GFe为86055.6327kg,单位铁损计算结果见表3。2.2.3.油钢片的缘缘处理出现火炬热升不高时铁心槽出现铁心槽铁心槽出现内通过试验结果看出,通过对矽钢片溢出情况进行处理,铁心槽靠下部经过处理的部分,温度、温升不明显,说明经过处理的矽钢片片间绝缘未损坏。重新压紧铁心后,进行铁损试验,试验数据符合规程要求。3现场规定试验操作容易出现偏差,需注意使用的事项在5号发电机铁心溢出处理并重新拉紧后,通过现场完成的定子铁损试验,分析试验结果并提出建议如下:(1)从万家寨水电站5号发电机定子现场铁损试验来看,铁损试验最好有专用的试验变压器,保证所提供试验的励磁电压不会因为太长的电源引线产生压降。试验电压为400V,现场试验空气断路器处电压为360V,甚至更低,这样可能无法保证试验的磁通密度。(2)对于铁心直径较大的水轮发电机,励磁绕组与测量绕组要求尽量对称均匀布置。由于采用了5个并联支路,所以采取72°对称分布,测量绕组则采用错开36°呈72°对称分布,这样可降低由于磁通密度不均匀引起的误差,但现场操作难度较大,费时、费力。进行现场定子铁损试验时,漏磁的影响比较明显。一次侧励磁绕组测量的电压和二次侧测量绕组测量的一次电压有45~50V差异。或者采用高电压等级励磁电压,励磁电缆的并联支路及线径相对就会减少,这样布线相对方便,漏磁相对会减少。(3)励磁绕组及测量绕组的绕向都必须一致,使磁通在同一方向,即同名端问题,这是现场试验要注意的重要事项之一。(4)做定子铁损试验,试验前应对定子进行全面清扫检查,确保定子铁心内无其他金属异物;铁心必须接地;试验和测温人员不得带任何金属物进入定子膛;用手触摸定子铁心温度时,应穿绝缘鞋,禁止用双手直接接触,应用1只手触摸,以免发生触电危险。此类大型试验安全的技术措施和组织措施必须完全齐备。(5)此次试验对定子铁心齿部分别进行红外成像仪测温和酒精温度计测温,通过数据分析,两者数据存在差异,试验结果均为合格。但两者的工作量相差甚大,红外成像测试2—3人即可完成,而酒精温度计测量的用人数量则是其的数倍。而且红外成像能发现酒精温度计测温所不能发现的过热点,直观且测量过程安全可靠,能消除由于人为因素产生的误差。国家现有规程推荐使用红外成像测温仪测温。(6)试验完毕后要对整个定子基座、铁心所有部位进行检查,对发现有松动、裂痕的部位要进行处理。4发电机现场定期维护通过万家寨水电站5号发电机定子铁损试验的现场实施,得出了进行该项试验的一些技术经验:根据发电机的几何尺寸及其他参数进行的理论计算,选择合适的