大型水轮发电机定子铁心磁化试验作者：《二滩建设咨询有限公司》张文摘要：随着我国经济和科技突飞猛进，修建大型水电站就像雨后春笋。

而大型水轮机发电机的定子，都在现场组装，大型水轮发电机定子在现场组装完毕后，必须进行铁心磁化试验。

介绍锦屏一级电站5#机组铁心磁化试验，试验结果能满足机组安全运行。

关键词：水轮发电机定子铁心磁化试验、磁化试验技术组织措施、磁化试验安全措施。

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州盐源县和木里县境内，是雅砻江干流下游河段（卡拉至江口河段）的控制性水库梯级电站，下距河口约358公里。

锦屏一级水电站坝址以上流域面积10.3万平方公里，占雅砻江流域面积的75.4%。

坝址处多年平均流量为1220立方米/秒，多年平均年径流量385亿立方米。

锦屏一级水电站规模巨大，主要任务是发电。

电站总装机容量360万千瓦(6台x60万千瓦)，枯水年枯期平均出力108.6万千瓦，多年平均年发电量166.2亿千瓦时。

水库正常蓄水位1880米，死水位1800米，总库容77.6亿立方米，调节库容49.1亿立方米，属年调节水库。

枢纽建筑由挡水、泄水及消能、引水发电等永久建筑物组成，其中混凝土双曲拱坝坝高305米，为世界第一高拱坝。

建设总工期9年3个月，工程静态总投资182.9亿元。

2012年1月锦屏一级电站5号机组定子铁心组装完毕，准备作磁化试验。

1.水轮发电机定子铁心磁化试验1.1磁化试验目的发电机定子铁心是由薄硅钢片现场叠装而成。

在硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，从而造成片间短路。

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，在定子铁心组装完成后，必须进行铁损试验，以检查铁心片间绝缘是否短路，同时通过磁场振动叠装的冲片，使其更密实，在磁化试验完成后对铁心进行最终压紧。

试验中，测量定子铁心的总有功损耗及定子铁心机座等各部位的温度，查找局部过热点，从而计算出铁心的单位损耗及温升，发现可能存在的局部缺陷，综合判断定子铁心的制造、安装质量是否符合设计要求。

1.2磁化试验的原理在叠装完成的发电机定子铁心上缠绕励磁绕组，绕组中通入交流电流，使之在铁心内部产生接近饱和状态的交变磁通使铁心磁化，从而在铁心中产生涡流和磁滞zhi损耗，使铁心发热。

同时，如铁心中片间绝缘受损或劣化部分将产生较大的涡流，温度升高较快。

用埋设的热电偶测量铁心、上、下压板及定子机座的温度，计算出温升和温差；用红外线测温仪查找局部过热点及辅助测温；在铁心上缠绕测量绕组，测量其感应电压，计算出铁心总的有功损耗。

计算出温升与单位铁损。

根据测量结果与设计要求比较，来判断定子铁心的制造、安装质量。

1.3磁化试验准备工作的检查1.3.1检查已对定子进行彻底的清扫，全面检查机座和铁心。

1.3.2检查所有的槽样棒应已取出。

1.3.3检查通风沟、上下端部等位置、各环板间，保证各处无残留金属物件。

1.3.4检查紧固定子铁心所有拉杆螺丝等全部工作应已全部完成并检验合格。

1.3.5为了使试验磁通密度尽量均匀，检查励磁线圈缠绕是否均匀，且首位尾部相连，紧贴在铁心齿表面。

1.3.6检查测量线圈缠绕应在偏离励磁线圈90°位置，且电缆拉紧并紧贴铁心槽底。

1.3.7用2500V兆欧表测量励磁线圈的对地绝缘电阻，应符合制造厂要求。

用1000V兆欧表检查测量线圈对地电阻应大于1MΩ。

1.3.8检查试验仪器、仪表满足试验要求。

1.3.9检查供电电源容量满足试验电源容量要求。

1.3.10检查用于试验的高压开关柜经调试、试验合格，不带负荷分、合闸操作3次，正常。

1.3.11应急照明检查。

1.3.12试验设施布置情况检查：励磁电源布置、温度计布置和测量线圈布置等。

1.3.13试验的接线检查：励磁线圈一般采用10kV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心。

测量线圈用2.5mm2塑胶线，紧靠定子铁心在两组励磁线圈中间位置缠绕一圈。

在线圈经过定子铁心棱角处用足够强度的绝缘垫防护，以防止线圈受损。

检查接线的正确性及接线头是否可靠。

1.3.14检查机座接地是否可靠。

1.3.15检查试验用的电线、电缆有否破损，接头处绝缘有否破损。

1.5 锦屏一级电站5号发电机及试验参数：发电机有关参数：型号：SF647.5-42/13130额定容量：647.5 MW/700 MVA功率因数：0.925（滞后）额定电压：20kV额定电流：20207 A额定转速：142.9r/min定子铁心槽数：504 槽定子铁心外径：D外=1313cm定子铁心内径：D内=1200cm定子铁心长度：L＝325cm定子铁心槽深：h=22.852cm铁心通风沟层数：n =67铁心通风沟高度：b=0.6cm定子冲片损耗： 1.05 (W/kg)（1特斯拉时）铁心比重ρ： 7.6t/m31.6试验相关计算1.6.1试验准备计算1.6.1.1 励磁线圈安匝数计算AωAω=π(D外-ha)·H式中：D外—铁心外径(cm)=1313cmha—轭部宽度(cm)H—单位长度安匝数，磁通在1特斯拉时，推荐值为2.15～2.3 (安匝/厘米),取2.2(安匝/厘米)。

h a =(D外-D内)/2- hD内—铁心内径(cm) h—定子铁心槽深 (cm)h a =(D外-D内)/2- h=（1313-1200）/2—22.852=33.648Aω=π(D外-ha)·H=3.1416×(1313-33.648)×2.2≈8842(安匝)1.6.1.2 计算励磁绕组匝数ω1K—定子铁心叠压系数，片间用绝缘漆时取0.93-0.96,取0.95。

轭部的有效截面积S=K·(L- n·b)·haS=0.95×（325-67×0.6）×33.648≈9103.8(cm2)ω1—励磁绕组匝数б—考虑漏磁及线路压降后的系数取1.1U1—励磁电源电压，选10000 (V)试验时磁通密度B＝1T，频率f＝50 (Hz)励磁绕组匝数ω1 =U1/( e·б)= 10000/(4.44fBS·б)=10000/(4.44×50×9103.8×10-4×1.1)≈45（匝）1.6.1.3 计算励磁绕组电流I1（全电流）I1＝Aω/ω1＝8842/45≈196.5(A)载流量系数β取3.0 A/mm2励磁电缆截面积S L= I1/β=196.5÷3.0=65.5 mm2励磁电缆采用10kV无屏蔽交联电力电缆，参考型号规格：单心70 mm2。

1.6.1.4需要的视在功率近似值为S视＝U1I/1000＝10000×196.5/1000=1965 (KVA)三相供电系统容量应为√3×1965≈3400 (KVA)1.6.1.5磁通密度测量当定子铁心轭部磁通密度为B＝1T时，单匝测量线圈之感应电势为: E2＝4.44BSfω2＝4.44×0.9104×50≈202.1V采用单匝测量线圈，300V电压表测量。

实际磁通密度B=U2/（4.44Sfω2）（T）U2—测量线圈端电压（V）ω2—测量线圈匝数（匝）S—铁心轭部的有效截面积（m2）1.6.2 试验参数计算试验结束后，将试验数据换算到1T时，温升、温差和单位铁损是否合格。

1.6.2.1实验时磁通密度的实际值B´= U2/4.44f´SW2（单位：T）U 2—测量线圈感应电压值(伏) W2—测量线圈匝数(匝) f´—实测频率B´—实验时磁通密度（T）1.6.2.2 铁心重量G=πDavS×ρ×103=3.1416×（13.13-0.337）×0.9109×7.6×103=278232.32KgDav—铁心平均直径（单位：米）1.6.2.3 1T时定子有效铁心单位铁损ΔP=(Pfe/G)×（1/B´）2(W/Kg)Pfe—实测总损耗（单位W）按照厂家《水轮发电机定子铁耗试验守则》标准,实测单位铁损应不大于标准铁损(1.05W/Kg)的1.3倍,即不大于1.365 W/Kg。

1.6.2.4铁心最高温升Δt1=(t3-t)×(1/B’)2 Kt3—最高铁心温度 t—铁心起始温度按《水轮发电机定子铁耗试验守则》标准规定, Δt1不得大于25K。

1.6.2.5铁心最高温差Δt2=(t1-t2)×(1/B’)2 Kt1—90分钟时最高铁心温度 t2—90分钟时最低铁心温度按《水轮发电机定子铁耗试验守则》标准规定, Δt2不得大于15K。

1.7 主要设备、材料及工具1.8试验接线原理简图注：V1、V2－电压表 f-频率表 CT-电流互感器 W-低功率瓦特表A－电流表 K-断路器 W1-励磁线圈 W2－测量线圈 PT－电压互感器1.9磁化试验步骤1.9.1检查完成后，在确认上级主回路开关断开的情况下，作分合闸操作试验，分合闸应正确可靠。

1.9.2试验指挥发令，试验人员就位，记录各测温点原始温度。

注意：首次通电后要根据读数校核磁化时磁通密度在1T左右，如偏差过大要调整励磁线圈匝数。

1.9.3合上断路器 3～6min后断开，全面检查铁心各部位有否过热现象，如发现冒烟、局部过热、发红、冒火花（应关灯检查），应立即跳闸停止试验，查明原因；若无异常，即正式开始试验（对个别温度较高处加设测温点）。

1.9.3四组测量人员每隔15分钟同时记录一次铁心各部分温度及表计读数（读数时应尽量做到同时性），当铁心各部分的最高温升超过25℃，或铁心和机座间最高温差超过15℃(为折算到1T时的数值)时，终止试验。

在试验中，定期检查铁心温度以发现铁心的“过热点”。

对温度超过铁心平均温度10℃以上的“过热点”进行修补。

试验重复进行，直到没有温度超过铁心平均温度10℃以上的“过热点”出现。

整个磁化试验持续90分钟，后附试验表格。

2.1磁化试验技术组织措施2.1.1电源准备根据磁化试验电源容量，将厂房安装间施工用10KV电源，xxx线进线主变容量为40000KVA，10kV CT为400/5保护定值为一段8A，时间0S,二段4A，时间-3×95㎜²的铝芯电缆，满足试验要求。

0.5S，拟采购电缆型号为YJLV222.1.2清扫检查试验前，对定子各部位进行彻底的清扫，全面检查机座和铁心，检查通风沟、上下端部位置、各环板间无残留金属物件和其它杂物，定子槽内不得有槽样棒遗留。

将定子机座与基础支墩再次紧固，使定子机座可靠接地。

同时，铁心测温RTD也必须短接接地。