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摘要：通过系列理论计算，结合发电机结构，提出适合西屋进口发电机的铁心损耗试验方案，并进行试验设备选型；根据计算结果，开展发电机的铁心损耗试验，为全面诊断发电机定子状态提供数据支持。
关键词：励磁电流；铁心损耗；温升试验；
发电机在多年的运行过程中，漏磁通在铁心上感应电压，产生涡流损耗会导致铁心过热，损伤铁心绝缘；同时，长时间的机组振动也会使铁心间相互摩擦，影响到铁心冲片绝缘。因此，对于运行一段时间或大修的发电机，有必要进行铁心损耗试验，检查定子铁芯片间绝缘是否良好，有无局部过热现象，防止发电机运行中损坏定子绝缘和烧熔铁芯的事故。本文结合西屋进口发电机的结构和特性，通过详细的理论计算，对此类型进口机组铁损试验进行了研究和应用。
一、铁心损耗试验的理论计算
根据铁损试验原理，铁心损耗试验是将单相工频电压通过调压器和变压器施加到定子铁心上缠绕的励磁线圈上，调整励磁电压值使铁心上缠绕的测量线圈感应电压U2（对应铁心的磁感应强度为1.4T），保持45min，测量铁心中的损耗和温度。在试验前，结合西屋进口发电机的设计运行参数和结构情况，先计算确认保证铁心磁感应强度1.4T对应的电缆缠绕圈数和U2；为了保证电源容量能满足使用要求，保障试验的安全进行，还需要计算励磁线圈的电流，并对电源开关保护定值做好整定。
1.1 西屋进口发电机相关参数
1.2 励磁电流和缠绕圈数的计算：
本文中发电机定子铁芯为轴向通风结构，非径向通风的结构，故计算定子有效长度时无需考虑定子通风沟的数目及通风沟的宽度。
铁芯轭部面积：S=L×h=596.9×51.38=30668.7cm2；
其中：定子铁芯有效总长度：L= L1×K=635×0.94=596.9cm；定子铁芯硅钢片填充系统K：（硅钢片厚度等于0.5mm时，K取0.94）
铁芯轭部高度h：h=（D1-D2）/2-hc=（279.4-136.1）/2-20.27=51.38cm；
铁轭重量：G=3.14×Dcp×S×ρ=3.14×228.02×30668.7×7.8×10-3=171274kg
其中：定子铁芯轭部平均直径Dcp= D1-h=279.4-51.38=228.02cm
1.2.1励磁线圈匝数：
W1= U1/4.44fBS×10-4=6300/4.44×50×1.4×30668.7×10-4＝6.6（匝），
其中：U1为试验电源电压，U1 =6300V；试验时取磁通密度B=1.4T，电源频率f=50Hz，
当W1=7匝时，实际磁通密度B= U1/4.44f W1S×10-4=1.32（T）
当W1=6匝时，实际磁通密度B= U1/4.44f W1S×10-4=1.54（T）
1.2.2励磁电流I的计算：
根据安培环路定律积分形式
I=3.14×Dcp×H0/ W1=3.14×228.02×2.3/7=235.3A（按7匝计算）
H0：磁场强度（A.W/ cm），取2.3A.W/ cm
1.2.3 二次测量电压U2：
取测量线圈匝数W2 =1匝，则当铁芯轭部磁通密度达到B=1.4T时，U2/ U1= W2 /W1 U2=900V（按7匝计算）
1.2.4单位铁损：ΔP=P/G（W/KG），其中，P为总的铁损，G为铁芯总重；
对于铁芯试验的密度选择方面：“关于铁芯试验中磁通密度B的取值，绕组间接冷却、容量为100MW及以下的汽轮发电机和小容量的水轮发电机，由于其轭部的工作磁密度仅为1.0T左右，故B=1.0T；对于直接冷却的汽轮发电机和大型水轮发电机，轭部工作磁通密度为1.4T以上，故B=1.4T；”
二 发电机定子铁心损耗及温升试验应用
2.1试验的准备：
根据上面理论计算的数据，提供6300V，300A的三相电源，试验只需两相，选择从6KV开关室内选取电源，通过185mm2专用电缆，引至发电机平台试验现场。据最大可能试验电流值（250A，2相），事先设定好电流速断保护，当超过该电流值（250A）时应能迅速切断电源；
1使用足够通流面积及绝缘强度的试验电缆作为励磁绕组及测量绕组，试验前依照计算所得绕组的匝数缠绕发电机铁芯，励磁绕组7圈、测量绕组1圈，励磁绕组及测量绕组的平面角度应尽量满足90°；
2试验开始前应记录定子铁芯表面起始平均温度及环境温度，同时将发电机膛内各测温点的温度打印并记录；监测U2达到目标值900V时，即认为铁芯中的磁密已达到了试验所要求的磁密值B=1.4T，试验正式开始计时；
3试验时用红外热像仪在定子膛内测温，每15分钟记录一次数据（包括温度、电流、电压和损耗值）；试验持续45分钟后结束，结束前试验人员应记录铁芯齿部的最高温度及最低温度值。同时标记定子膛内温度较高点的具体位置后方可降压结束试验；
4通知运行部门负责人打印并记录试验第45分钟结束时发电机膛内各测温点所显示的温度值，以供试验人员参考。
2.2 试验标准
根据《电力设备预防性试验规程》的相关规定，励磁磁通密度为1T（或1.4T）下，持续试验时间为90 min（45min），折算至1.0T下铁心齿部的温升不应超过25K，温差不应超过15K，单位铁损不得超过该型号硅钢片的允许值（一般在1T时为2.5W/kg）。试验时的各部分温升和铁损值与出厂值比较，不应有明显增大。
2.3 试验结论
2.3.1 试验接线图
按照试验接线图进行接线，现场接线图见图2。
2．3.2 试验数据
三 总结
该发电机为西屋进口机组，铭牌参数、内部结构与国内常规机组存在较大差异，投运至今未进行过铁损试验。为保证该试验安全良好的进行，我们结合电磁学理论进行计算，确认试验的可行性，在克服技术难点、现场试验条件有限等困难后，完成铁损试验，对发电机铁心进行良好的试验诊断，为机组留下宝贵的试验数据，对该类型进口机组的有一定的指导意义。
参考文献：
[1]李建民、朱康．高压电气设备试验方法[M]．北京：中国电力出版社，2001．.
[2]DL/T 596—1 996，电力设备预防性试验规程[S].
[3]陈天翔、王寅仲编. 电气试验 北京：中国电力出版社 2016
作者简介：
黄超（1984），男，湖北仙桃人，工学学士，工程师，主要从事发电厂电气设备管理和检修。
论文作者:黄超1
论文发表刊物:《河南电力》2018年4期
论文发表时间:2018/8/17
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