600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯損耗試驗

【摘要】汽輪發(fā)電機(jī)在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，造成片間短路，從而引起局部過熱，需要對定子鐵芯的絕緣狀況進(jìn)行重點檢查，鐵心損耗試驗是檢查定子鐵芯最直接和有效的方法。

【關(guān)鍵詞】汽輪發(fā)電機(jī)；鐵心損耗實驗；絕緣損壞

1.引言

汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯是由薄硅鋼片疊裝而成，在鐵芯硅鋼片的制造或現(xiàn)場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，從而造成片間短路。

為了防止疊裝片間短路引起局部過熱，需要進(jìn)行定子鐵芯的鐵損試驗，以計算鐵芯單位質(zhì)量的損耗，測量鐵芯齒部和軛部的溫度，檢查各個部分溫升是否超過規(guī)定值，從而綜合判斷鐵芯片間絕緣是否良好。本文對以ALSTOM 50WT23E-138機(jī)型舉例說明鐵損試驗的試驗過程與試驗結(jié)果。

2.鐵損試驗的試驗過程

2.1 50WT23E-138型600MW汽輪發(fā)電機(jī)簡介

50WT23E-138型600MW汽輪發(fā)電機(jī)如圖1所示，為隱極式二極發(fā)電機(jī)，采用水、氫、氫冷卻方式，即定子線圈直接水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子線圈直接氫內(nèi)冷，定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)為氫外冷。發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)采用機(jī)端自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。該發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與國產(chǎn)600MW發(fā)電機(jī)有較大的不同。50WT23E-138型600MW汽輪發(fā)電機(jī)額定容量為716MVA，額定電壓為22000V，額定電流為18790A，勵磁電壓為473V，勵磁電流為4879A，功率因數(shù)為0.9（滯后），額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，額定氫壓：4bar。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)模型

定子鐵芯兩端的壓圈采用M330-50A型0.5mm硅鋼片疊裝而成，然后用真空壓力浸漬成型，裝配后起到磁屏蔽作用，避免鐵芯端部局部過熱，此裝置取代了國產(chǎn)600MW發(fā)電機(jī)常用的壓圈加銅屏蔽的結(jié)構(gòu)。鐵芯每層由10.5張沖片螺旋疊裝而成，鐵芯軛部和21根鋁筋連接，鋁筋和鐵梁把合，鐵梁再通過“U”型塊與機(jī)座環(huán)板焊接，起到減震作用。鐵芯軸向位置有21根拉緊穿心螺桿，徑向中間位置設(shè)有通風(fēng)區(qū)域。并且鐵芯中埋設(shè)12只測溫元件（RTD），以監(jiān)測發(fā)電機(jī)運(yùn)行時鐵芯溫度。定子鐵心如圖2所示。

圖2 定子鐵心模型

2.2 鐵心損耗試驗

試驗前需要計算勵磁繞組的匝數(shù)、勵磁電流大小及變壓器的容量，計算中用到的基本參數(shù)如下。定子鐵芯填充系數(shù)K：0.93，定子鐵芯總長L1（mm）：6900，定子鐵芯通風(fēng)溝數(shù)n：12，定子鐵芯通風(fēng)溝寬b（mm）：20，定子鐵芯外徑D1（mm）：2930，定子鐵芯內(nèi)徑D2（mm）：1370，定子鐵芯齒高h(yuǎn)c（mm）：208，硅鋼片安匝數(shù)取h0：5.77（A/cm）。由以上數(shù)據(jù)可得：

定子鐵芯有效長度（mm）L：

定子鐵芯軛部高度（mm）h：

定子軛部的平均直徑（mm）Dav：

定子鐵芯軛部截面積S：

m2

勵磁線圈匝數(shù)WL：

取5匝

勵磁繞組電流I：

電源容量（KVA）PL：

對于鐵芯溫度檢查，這里采用紅外線熱像儀。試驗中有專人在現(xiàn)場進(jìn)行時時檢查和紀(jì)錄。

在低磁通下，檢查整個線路和鐵芯有無異常現(xiàn)象。低磁通檢查試驗完成并且確認(rèn)正常后，進(jìn)行正式鐵芯損耗試驗。關(guān)閉所有可能照射到定子鐵芯上的照明，記錄好鐵芯初始溫度，合閘通電，升壓（投入補(bǔ)償系統(tǒng)），直到磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到1.5T，開始計時。記錄測量電壓、電流和功率，同時現(xiàn)場人員用紅外線熱像儀，在定子鐵芯汽端和勵端各拍攝一張鐵芯溫度圖像，在此期間用紅外線熱像儀循環(huán)掃描定子鐵芯，隨時檢測各個部位溫度，找出高溫區(qū)進(jìn)行重點檢測。

3.試驗結(jié)果與分析

在鐵心損耗試驗中，對不同時間的電壓、電流、功率和磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行記錄，在22點05分時，電壓為5810V，電流為923A，功率為575KW，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.49T，在22點20分時，電壓為5790V，電流為917A，功率為575KW，磁感應(yīng)強(qiáng)度為1.49T。

（1）單位損耗分析

試驗時實際的磁通密度B（T）：

軛部重量（kg）G：，其中7.8×10-3是鐵芯比重（kg/cm3）。根據(jù)功率表讀數(shù)，得到實際的總鐵損（瓦）為PFe，可得到定子鐵芯軛部單位鐵損（W/kg）：

（2）紅外溫度分析

電機(jī)定子鐵芯鐵損試驗是發(fā)現(xiàn)電機(jī)定子鐵芯缺陷及確定電機(jī)定子鐵損損耗大小的重要試驗。確定電機(jī)定子鐵損損耗除利用測量試驗的電流、電壓來計算外，另一種重要手段就是通過測量電機(jī)定子鐵芯在試驗過程中的溫升來評價定鐵芯的質(zhì)量。更重要的是通過測量電機(jī)定子鐵芯的溫度可以發(fā)現(xiàn)電機(jī)定子鐵芯局部是否有過熱點，從而確定電機(jī)定子鐵芯是否有缺損。試驗記錄結(jié)果如下：在1.49T中，持續(xù)15分鐘后，鐵芯無熱點被發(fā)現(xiàn)，試驗初始時鐵芯溫度是24.3℃；15分鐘時鐵芯最高溫度29.6℃，最低溫度27.6℃。溫升是5.3℃，溫差2.0K。根據(jù)以上結(jié)果可知，符合ALSTOM標(biāo)準(zhǔn)HTGG 600632_B中相關(guān)要求。

綜上所述，鐵芯損耗試驗是檢驗汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯絕緣是否良好的一種直接方法，也是計算鐵芯實際損耗的直接路徑，在發(fā)電機(jī)定子的生產(chǎn)和檢修過程中起到了關(guān)鍵性的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]湯蘊(yùn)繆.電機(jī)內(nèi)的電磁場[M].科技出版社，1998.

[2]李建明.高壓電氣設(shè)備試驗方法[M].中國電力出版社， 2001.

[3]CORE MEASUREMENT HTGG 600 632_B[M].ABB Kraftwerke AG，1994.

作者簡介：李任飛（1979—），男，中國電能成套設(shè)備有限公司工程師。