3#普定电站发电机定子铁损试验郑平;杨戟【摘要】普定水电站3#机组增效扩容工程的定子因为外形尺寸比较大,若在制造厂内组装成整体后因受交通条件限制无法运输到现场,因此定子机座分为三瓣及定位筋、冲片、线圈等零部件运输到电站现场,在现场组装、叠冲片和镶嵌线棒、试验等工序.其中定子铁损试验是个相当关键的一个试验,铁损试验是在冲片叠装完成及压紧螺栓压紧后进行,通过测量单位铁损及温升的方法检查验证定子冲片制造质量和冲片叠装质量,定子铁芯为发电机的心脏部件,对机组的长期安全运行至关重要.通过对普定水电站3#机组定子铁损试验的成功实施,试验后收集有关资料进行分析、研究,对发电机组定子铁损试验提供一些经验及模版借鉴.【期刊名称】《湖南水利水电》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P102-104,108)【关键词】普定水电站;铁损试验;励磁容量;试验标准;总铁损;最大温升;最大温差【作者】郑平;杨戟【作者单位】贵州省水利投资集团公司贵阳市 550000;贵州省水利投资集团公司贵阳市 550000【正文语种】中文1 概述定子铁损试验是在定子铁芯堆积、初步压紧完成后进行，其目的就是确认定子铁芯硅钢片设计制造、现场堆积、压紧等整体质量，检查铁片间是否有短路情况，绝缘是否良好。
为了防止运行中因片间短路引起局部过热，甚至威胁到机组的安全运行,现场叠装的定子铁芯必须进行铁损试验，通过测量单位铁损及温升的方法检查叠片质量,同时可以通过试验时的振动和发热使铁芯下沉，达到仅由加压所不能达到的进一步压紧铁芯的目的。
铁损试验为水电站的重大电气试验项目之一，其区别于其它电气试验的突出特点是，试验前后需进行较为复杂的数据计算。
普定水电站位于乌江上游南源贵州省普定县三岔河中游，距贵阳市125 km。
原总装机容量75 MW，装设3台25 MW立轴混流式水轮发电机组。
对电站机组进行增容改造，改造后总装机容量为87 MW，装设3台单机容量29 MW的立轴混流水轮发电机组。
普定水电站扩容后新3#发电机及定子铁芯有关参数如下：发电机型号：SF-J29-30/5900；额定功率：29 MW；视在功率：34.12 MVA；功率因数：0.85（滞后）；额定电压：Ue=10.5 KV；定子额定电流：1 876 A；机组额定转速：200 r/min；频率：f=50 Hz；定子铁芯外径：DO=590 cm；定子铁芯内径：Di=527.2 cm；定子铁芯长度：L=97cm；定子铁芯齿高度：h1=13.88cm；定子通风沟数：n=22；定子通风沟高度：h1=0.8cm。
2 励磁计算及线圈匝数选择2.1 定子铁芯轭部截面积计算（1）定子铁芯有效长度（Le）。
Le=k（L-Nh2）式中K——叠压系数，取0.96（制造厂规定值）；L——定子铁芯长度，97 cm；N——定子通风沟数，22；h2——定子通风沟高度,0.8 cm。
经计算，L=0.96×（97-22×0.8）=76.224 cm。
（2）铁芯轭部高度（h）。
h=（DO-Di）/2-h1式中DO——定子铁芯外径,590 cm；Di——定子铁芯内径,527.2 cm；h1——定子铁芯齿高度,13.88 cm。
经计算，h=（590-527.2）÷2-13.88=17.52 cm。
（3）磁轭截面积。
S=Le×h式中Le——定子铁芯有效长度,76.224 cm；H——铁芯轭部高度,17.52 cm。
经计算，S=76.224×17.52=1 335.4 cm2。
2.2 试验励磁线圈匝数选择W=U×108/（4.44FSB）式中U——励磁电压,选为400 V；F——频率,50 Hz；S——磁轭截面积,1 335.4 cm2；B——轭部磁通,10 000高斯；W=400÷(4.44×50×0.13354)=13.49 匝。
试验时采用13匝。
2.3 定子轭部平均直径Dav=DO-h式中DO——定子铁芯外径,590 cm；H——铁芯轭部高度,17.52 cm。
经计算，Dav=590-17.52=572.48 cm。
2.4 试验励磁电流计算Ie=πDavHo/We式中Dav——定子轭部平均直径；Ho——单位长度安匝数，制造厂要求取2.0安匝/cm。
经计算，Ie=3.14×572.48×2÷13=276.55 A。
2.5 励磁容量计算S=UIe×10-3=400×276.55A×10-3=110.62 kVA式中U——励磁电压,选为400 V；Ie——试验励磁电流，276.55 A。
2.6 测量线圈计算测量线圈取6匝，测量电压为184.6 V。
3 试验电源选择、试验接线及设备选用3.1 试验所用电源选择根据计算所得励磁容量S=110.62 kVA，而普定电站3#厂用变压器容量为500 kVA，故选用3#厂变作为试验电源满足容量要求。
3.2 试验接线原理图（附图）附图试验接线原理图3.3 试验设备选用空气开关1 000 A：1只；动力电缆ZR-VV3×120+1×70：120 m；单芯电缆100 mm2：100 m；HL24流变 1 000/5 A，0.2级：1只；T24-AV多功能交流VA表：1只；D26∕1-W单相低功率因数表：1只；ZC25-4摇表500 V：1只；兆欧表500 V：1只；15B+万用表：1 只；交流电流表 0～5A，0.5：1 只；303 红外线测温仪：1只；单芯铜芯线2.5 mm2：100 m；接地线50 mm2：20 m。
4 试验步骤（1）励磁线圈按120°三处均布在铁芯表面，测量线圈位于其中两处励磁线圈的中间铁芯位置，励磁线圈的电缆应拉紧并靠紧铁芯表面，测量线圈则贴在铁芯齿槽底，两线圈缠绕时电缆均不应交叉。
（2）励磁线圈引出线装电流互感器，电流互感器档位根据实际情况调整，电流互感器二次侧电流接入电流表，串入功率表，励磁线圈接入频率表。
（3）测量线圈接入电压表，并入功率表。
（4）调试检查电源表指示应正确，功率表指针偏转方向应正确。
（5）定子外壳可靠接地。
（6）测量并记录定子铁芯各点初始温度。
（7）合上断路器，测量记录励磁电压、励磁电流、功率表读数、频率，记录测量线圈电压，测量定子铁芯各点温度。
（8）每10min测量记录一次以上各数据，铁芯磁振动和声音应均匀正常，通电试验持续90min不间断。
（9）折算铁损、铁芯温升及最大齿温差，与标准比对是否满足要求。
5 试验标准将铁损、温升、温差换算到10 000高斯时的数值，然后与制造厂规定值及规范要求值进行比较，以此判断定子铁芯铁损试验是否合格。
（1）实际磁通密度。
φ=UC×108/4.44fSSW（高斯）式中UC——测量线圈感应电压值；fS——实测频率。
（2）铁轭重量。
G=π×Dav×S×M×10-3=3.14×572.48×1 335.4×7.65×10-3=18 373.7 Kg式中M——磁轭密度。
（3）单位铁损。
WTD=（WT/G）×（10 000/Φ）2（W/Kg）式中WT——实测总铁损（功率表读数×变比）。
制造厂设计值总铁损应小于28.5 kW。
（4）铁芯最高温升。
T=（Ti-T0）×（10 000/Φ）2（℃）式中Ti——铁芯最高温度；T0——初始温度。
按规范要求T不得超过25℃。
（5）铁芯齿最高温差。
TC=（TCG-TCD）×（10 000/Φ）2（℃）式中TCG——齿最高温度；TCD——齿最低温度。
按规范要求T不得超过15℃。
6 试验记录及结论分析6.1 实测数据整理及计算（表1～表4）（1）电气参数（表 1）。
表1 电气参数序号时间频率测量电流/A环境温度/℃13.6 13.9 14.1 14.1 14.1 6 16：20 50 295.0 54.4 22 500 14.1 7 16：30 50 295.0 54.4 22 500 14.1 8 16：40 50 295.0 54.4 22 500 13.9 9 16：50 50 297.5 54.3 22 500 13.9 10 17：00 50 297.5 54.1 22 500 13.9测量电压/V测量功率/W 1 15：30 50 285.0 55.3 2 15：40 50 290.0 55.0 3 15：50 50 292.5 54.9 4 16：00 50 295.0 54.8 5 16：10 50 295.0 54.6 22 500 22 500 22 500 22 500 22 500（2）铁芯温度（表 2）。
（3）铁芯齿部温度（表 3）。
（4）磁通密度、铁损换算表（表 4）。
6.2 试验结论（1）总铁损换算至10000高斯时最大值为27.03kW，小于28.5kW。
表2 铁芯温度℃时间序号15：30 15：40 15：50 16：00 16：10 16：20 16：30 16：40 16：50 17：00 温升17.1 17.9 18.5 19.3 19.5 5.3 17.2 17.9 18.6 18.9 19.3 5.4 16.5 17.3 17.8 18.0 17.8 4.4 17.1 17.5 18.3 18.4 18.5 4.7 16.1 17.1 17.5 18.3 18.6 5.0 6 13.3 13.3 14.4 14.8 15.7 16.4 17.0 17.8 18.3 18.3 5.0 7 13.7 14.0 14.2 14.5 15.4 16.3 16.5 17.4 17.8 18.2 4.5 8 13.8 13.9 14.6 15.2 16.0 16.8 17.2 18.1 18.3 18.9 5.1 9 13.8 13.8 14.5 15.1 15.8 16.5 17.1 18.1 18.2 18.6 4.8 10 13.5 13.7 14.8 15.6 16.3 17.3 17.6 18.2 19.0 19.0 5.5 11 13.4 13.8 14.8 15.5 16.2 17.7 18.2 18.9 19.3 20.0 6.6 1 14.2 14．4 14.6 15.5 2 13.9 13.6 14.2 15.1 3 13.6 13.8 13.8 14.4 4 13.8 13.9 14.4 15.0 5 13.6 13.7 14.4 15.0 16.3 16.0 15.4 15.4 15.4表3 铁芯齿部温度℃时间序号15：30 15：40 15：50 16：00 16：10 16：20 16：30 16：40 16：50 17：00 温升12 14.2 14.3 14.3 15.0 13 14.0 14.3 14.5 14.8 14 13.9 14.0 14.0 14.3 15 14.2 14.3 14.3 14.5 16.5 17.1 17.7 18.3 18.3 4.1 16.7 17.0 17.5 18.0 18.7 4.7 16.0 16.8 16.9 17.2 17.4 3.5 16.6 17.2 17.4 17.6 17.9 3.7 16 13.6 13.6 13.9 14.3 15.0 16.6 16.8 17.3 17.7 17.6 4.0 17 13.4 13.4 13.7 14.1 15.0 16.4 17.0 17.9 18.1 17.9 4.7 18 13.5 13.5 13.8 14.1 14.7 15.9 17.2 17.4 17.7 17.7 4.2 19 13.6 13.8 14.0 14.7 15.2 16.0 17.3 17.7 17.8 17.9 4.3 20 13.7 13.8 14.1 14.6 15.2 16.6 16.9 17.4 17.6 17.8 4.1 21 13.4 13.5 14.0 14.5 15.3 17.1 17.9 18.2 18.5 18.6 5.2 22 13.7 13.9 13.9 15.2 15.8 16.5 17.4 17.9 18.5 19.0 5.3 15.8 15.6 15.0 15.0表4 磁通密度、铁损换算表时间15：30 15：40 15：50 16：00 16：10 16：20 16：30 16：40 16：50 17：00磁通密度（高斯）9 326.45 9 275.85 9 258.999 242.12 9 208.39 9 174.66 9 174.66 9 174.66 9 157.79 9 124.07总铁损/kW （折算前）22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5总铁损/kW（折算后）25.86 26.15 26.24 26.34 26.53 26.73 26.73 26.73 26.83 27.03（2）铁芯最大温升6.6℃，换算至10 000高斯时为6.6×（10000÷9124.07）2=7.93℃，小于25℃。