溧陽抽水蓄能電站機組定子鐵心疊裝及磁化試驗

杜大禹，林 峰，袁文俊，王 超

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發電有限公司，江蘇溧陽213334)

溧陽抽水蓄能電站發電電動機組由哈爾濱電機廠有限責任公司制造，額定轉速300 r/min，額定電壓15.75 kV，為立軸、半傘式、三相、凸極、可逆式同步發電電動機。首臺發電電動機(6號機)設備安裝及調試工程2015年1月正式開工，定子在安裝場進行機座組圓、合縫焊接、鐵心疊裝等工作，于2015年4月20日順利完成鐵心磁化試驗，6號機組于2017年1月9日并網發電。

1 鐵心壓緊

大、中型水輪發電機組由于運輸尺寸、質量等方面的因素限制，發電機定子機座通常采用分瓣制造運輸，在安裝現場進行組裝焊接、鐵心堆積及定子下線等工作。

發電機定子鐵心損耗分為磁滯損耗和渦流損耗兩部分，其中磁滯損耗是導磁體反復磁化，其分子運動所消耗的能量，渦流損耗是鐵心在交變磁場內產生的感應電流導致的損耗，二者均轉化為熱能使鐵心溫度升高。為了防止鐵心過熱，一方面需要采取散熱降溫措施，一方面需要降低鐵心損耗。

溧陽電站定子鐵心采用78根定位筋固定在機座上，鐵心上下兩端用齒壓板牢固的夾住。定子鐵心采用低損耗、高質量、高磁導率、無時效、厚為0.50 mm的優質冷軋硅鋼片，每片沖片去毛刺并且兩面涂F級絕緣漆以降低鐵心損耗。定子鐵心疊片交錯疊制，采用多段分層壓緊法，以形成一個整體、緊固的鐵心。為了減少鐵心的振動，增強鐵心剛度采用端齒沖片連接技術；為保證鐵心良好的疊裝，采用具有優質高強度性能的穿心螺桿及防止松動的進口碟簧壓緊，穿心螺桿共156根，采用套管絕緣，使其與鐵心可靠地絕緣。定子鐵心內徑6 350 mm，高度2 550 mm，鐵心在軸向方向分為61段及6 mm厚的通風槽片60段，鐵心每層沖片26片，總數約為113 880片。

為防止發生鐵心松動、振動(甚至共振)、噪聲造成磨損絕緣、燒壞鐵心等各種事故危害，威脅電機的可靠性和壽命，鐵心在疊裝到500、1 000、1 500、2 000 mm高度時各預壓一次，并在鐵損試驗前后分別進行一次鐵心壓緊。

溧陽電站定子共有156根穿心螺桿，液壓拉伸器泵組共有6個拉伸器，在每次壓緊前將拉緊螺桿分6個等分區表，在每個等分區內按順時針給每個螺桿孔編號1～26，做好固定標記。然后將液壓拉伸器泵組按使用說明書連接好，6個拉伸器并聯連接，按發電機廠家提供的順序同步分多次逐步拉伸螺桿。鐵心在疊裝到500、1 000、1 500、2 000 mm高度及鐵損試驗前后的穿心螺桿拉伸次數分別為3、4、5、6、7次，每次拉伸的油壓按發電機廠家要求進行。每次壓緊鐵心時，將鐵心的上部槽樣棒放入槽底。在用液壓拉伸器之前應先用鉤形扳手將螺母擰緊，擰緊順序按螺桿同油壓螺桿拉伸的順序執行，每次螺母轉擰不能超過1圈，全部把緊后進行第2圈把緊，直至鉤形扳手擰不動為止。用液壓拉伸泵組時，按螺桿同油壓螺桿拉伸的順序，每次拉伸擰緊螺母其旋轉圈數不能超過2圈，分多次逐步拉伸螺母直到達到預壓螺桿預緊力，當預壓高度增加時應相應增加預壓擰緊螺母的次數。預壓完成后松開螺母的順序與拉伸時的順序相同，分多次逐步擰出螺母，每次擰出不能超過3圈。每次壓緊后都要檢查定子鐵心的圓度、高度及垂直度，鐵損試驗前后還要用500 V搖表測穿心螺桿絕緣電阻≥15 MΩ，并對拉緊螺桿的預緊力、螺桿伸長量按圓周均布抽測，抽測量為10%，要求伸長值不超過額定伸長值±7%。在鐵損試驗后清掃定子鐵心，并進行固化和噴漆。

2 磁化試驗

2.1 磁化試驗目的

發電機定子鐵心是由薄硅鋼片現場疊裝而成，在鐵心硅鋼片的制造及現場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，從而造成片間短路，引起定子鐵心運行中局部過熱，威脅機組的安全運行。為了防止片間短路，在現場定子鐵心堆積、初步壓緊完成后進行鐵心磁化試驗，確認定子鐵心硅鋼片設計制造、現場堆積、壓緊等整體質量，檢查鐵片間是否有短路情況，絕緣是否良好。另外，對于某些機組，鐵心磁化試驗還能通過振動和發熱使鐵心下沉，達到僅由加壓所不能達到的進一步壓緊鐵心的目的。

2.2 試驗基本原理及方法

試驗方法是在定子疊片堆積、壓緊后的鐵心上纏繞若干勵磁繞組，將交流電流通入繞組內，此電流在定子鐵心中產生磁場，同時產生渦流與磁滯損耗，使鐵心發熱，測量鐵心總的有功損耗與溫度，計算出單位質量鐵心損耗與溫升，從而判別鐵心疊裝的質量。

2.3 磁化試驗準備

試驗前，將定子機座與基礎支墩再次緊固并可靠接地，徹底清理定子，試驗現場用警示條圍起來，懸掛警示標志。

定子具備磁化試驗條件后，根據現場條件，將高壓開關柜、測量表計等布置到適當位置，按照圖1所示試驗接線。

圖1 鐵損試驗接線原理示意

將勵磁繞組兩端接至試驗高壓開關柜，纏繞時均勻分布于定子鐵心上，測量線圈纏繞在2個勵磁線圈的中間部位，包繞定子有效鐵心，不包繞機座。接線結束后，仔細檢查各設備、表計接線的正確性與可靠性，電纜試驗合格后進行試驗。

溫度測量傳感器布置時，在鐵心、定子壓板、定子機座上、安裝、酒精溫度計，并在定子內圓安排人員用紅外線測溫槍反復測量定子鐵心表面各處的溫度，以便檢查和發現局部過熱點。

2.4 試驗過程

試驗開始后，合上10 kV電源斷路器，檢查現場無異常情況，記錄初始電氣數據，核算實際磁通密度，調整勵磁線圈匝數，繼續進行試驗。試驗人員記錄各測溫點的原始溫度，合上10 kV電源斷路器，每隔10 min記錄一次鐵心溫度及各試驗儀表的讀數，試驗進行90 min后，拉開斷路器，結束試驗，并拆除接線。

磁化試驗結束后，檢查定子機座與定位筋各焊縫無裂紋，螺桿無松動。

2.5 數據處理及結果分析

根據制造廠要求，單位鐵損值不得大于材料的1.3倍(折算為標準磁通密度1T時的值)，鐵心最大溫升不得超過25 ℃，溫升差不得超過15 ℃。試驗過程中，90 min內定子鐵心最高溫度為21.8 ℃，鐵心最大溫升為4.1 ℃，最大溫升差為3.4 ℃，滿足制造廠要求。詳細記錄見表1。

表1 鐵心溫升記錄

2.6 單位鐵損計算

根據GB/T20835—2016《發電機定子鐵心磁化試驗導則》[1]及發電機廠家提供的《水輪發電機定子鐵耗試驗守則》[3]，相關的計算公式如下：

鐵心磁軛質量

G=π×(D1-h)×S×η=126 776.06 kg

(1)

式中，D1為鐵心外徑，取7 500 mm；h為鐵心軛部高度，根據制造廠說明，本臺機定子鐵心為穿心螺桿壓緊結構，每張沖片上開有6-Φ32光孔，每層26張扇形沖片疊裝成整圓，與一般機組為背部拉緊螺桿，沖片上無拉緊螺桿孔存在較大差異因此在計算鐵心軛部高度時應考慮穿心螺桿孔的影響，本臺機定子鐵心最小高度為341.88 mm(有螺桿孔并且和鴿尾槽不在一條線上，最大高度為373.12 mm，取其平均值357.5 mm作為鐵心軛部高度；S為鐵心軛部截面積，為鐵心有效長度與鐵心軛部高度之積，其中鐵心有效長度為2 080.5 mm，計算得0.743 778 75 m2；η為鐵心密度，取7.6×103kg/m3。

實測鐵損

ΔP′=P/G

(2)

式中，P為實測總功率。

折算到1 T、50 Hz后的鐵損ΔP

ΔP=ΔP′×(f/f′)1.3×(B/B′)2

(3)

式中，f為標準頻率，取50 Hz；f′為實測頻率；B為標準磁通密度，取1 T；B′為實測磁通密度。

定子鐵心磁化試驗電氣測量記錄及相關計算結果見表2。

表2 測量記錄及相關計算結果

根據發電機廠家提供的數據，鐵心材料的單位鐵損值為1.05 W/kg，其1.3倍為1.365 W/kg，溧陽電站6號機定子鐵心的折算后單位鐵損最大值為1.263 7 W/kg，滿足制造廠要求。

3 結 語

溧陽電站6號機組定子鐵心磁化試驗的過程中各部溫升正常，單位鐵損滿足規程規范及發電機廠家要求，說明定子鐵心的制造、安裝質量優良，為下一步工序定子下線工作的開展提供了有利保證。