土卡河水電站2#機定子鐵芯磁化試驗
編寫：審核：
批准中國水電十一工程局
土卡河專案部
2023年4月
土卡河水電站2#機定子鐵芯磁化試驗
1 概述
土卡河水電站布置安裝3臺立軸軸流轉漿式水輪發電機組，單台額定出力為55mw。發電機為採用一部導軸承的立軸半傘式結構，型號為sf55-52/9500。發電機定子機座為鋼板焊接結構，受運輸條件的限制，定子機座分為四瓣，在工地組焊成整圓，嵌鴿尾筋、疊片、下線和試驗。
焊後機座外徑為φ10700mm，高2165mm，總重量為42.26t。定子機座無下環，大齒壓板直接放於定子基礎板上，機座與定子基礎板的聯接採用徑向鍵定位。
定子鐵芯採用高導磁、低損耗、無時效優質矽鋼片50ww290沖製後疊壓而成，全圓共有39片矽鋼片組成。定子鐵芯裝配在安裝間定子組裝工位進行；機座組焊，定位筋安裝，鐵芯疊壓完成後為106.5噸，吊入機坑進行下線工作。
2 磁化試驗
2.1 磁化試驗目的
大、中型水輪發電機組由於運輸尺寸、重量等方面的因素限制，發電機定子機座通常採用分瓣製造運輸，在安裝現場進行組裝焊接、鐵芯堆積及定子下線等工作。鐵芯磁化試驗是在定子鐵芯堆積、初步壓緊完成後進行，其目的就是確認定子鐵芯矽鋼片設計製造、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。發電機定子鐵芯是由薄矽鋼片現場疊裝而成，在鐵芯矽鋼片的製造或現場疊裝過程中，可能存在片間絕緣損壞，從而造成片間短路。
為了防止執行中因片間短路引起區域性過熱，甚至威脅到機組的安全執行，在現場定子鐵芯組裝完成後，必須進行鐵芯磁化試驗。
另外，對於某些機組，鐵芯磁化試驗還能通過振動和發熱使鐵芯下沉，達到僅由加壓所不能達到的進一步壓緊鐵芯的目的。
2.2 試驗基本原理及方法
在發電機定子鐵片堆積、壓緊後的鐵芯上纏繞勵磁繞組，繞組中通入一定的工頻電流，使之在鐵芯內部產生接近飽和狀態的交變磁通，通常取激磁磁感應強度為1～1.2t，鐵芯在交變磁通中產生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發熱，溫度很快公升高。同時，使那些鐵芯中片間絕緣受損或劣化部分產生較大的區域性渦流，溫度急劇上公升，從而找出過熱點。
試驗中用紅外線測溫槍或熱電偶測量定子鐵芯、上下齒壓板及定子機座的溫度，計算出溫公升和溫差；用紅外線測溫儀掃瞄查詢定子鐵芯區域性過熱點及輔助測溫；在鐵芯上纏繞測量繞組，測量其感應電壓，計算出鐵芯中不同時刻的磁感應強度，並根據測得的勵磁電流、電壓計算出鐵芯的有功損耗。把測量、計算結果與設計要求相比較，來判斷定子鐵芯的製造、安裝整體質量。
2.3 基本引數
試驗前需要計算勵磁繞組的匝數、勵磁電流大小及變壓器的容量，計算中用到的基本引數如下。
鐵芯內徑 d1= 8930mm
鐵芯外徑 d2=9500mm
鐵芯高度 h=1100mm
鐵芯壓緊係數取 k=0.96
通風溝高度 b=8mm
通風溝數量 n=28
矽鋼片安匝數取 h0=1.9(安匝/cm)，
磁通密度取b=12000高斯
槽形尺寸 115.2×21.4mm
槽深h1=115.2mm
試驗用勵磁電壓 u1=0.4kv
試驗用電源頻率 f=50hz
2.4 試驗計算
(1) 鐵芯有效高度
(2) 鐵芯軛部寬度
(3) 鐵芯截面積
(4) 勵磁線圈匝數
(5) 勵磁繞組電流
(6)電源容量
(7)測量電壓
式(7)中測量線圈取w2=2匝，則測量電壓為
勵磁線圈導線的選擇：按6 a/mm2載流量計算，所需勵磁電纜芯線截面積為530.4/6=88.4mm2，選用90mm2的橡套絕緣銅芯軟電纜纏繞，每根長度約為70m。
2.5定子鐵損試驗原理接線圖
3 試驗過程
3.1纏繞激磁繞組：
定子鐵芯壓緊並經過外觀檢查和幾何尺寸測量合格後，即具備鐵損試驗條件。可以纏繞激磁繞組。為降低由於磁密不均勻所導致試驗和測量誤差，將定子分為三個區域間隔120°，在每個區域內90 mm2橡套絕緣銅芯軟電纜緊密纏繞10匝線圈。
纏繞激磁線圈時盡量使所有纜線緊繞在鐵芯上，避免纜線進入線槽內。經過稜角之處需加橡膠板保護。
3.2纏繞測量繞組：
測量繞組用1根1.5mm2橡套絕緣銅芯軟電纜用同樣方法在定子上兩激磁繞組區域中間位置纏繞2圈。線圈緊放槽底，幷包繞定子有效鐵芯，不包繞定子機座。稜角處墊橡膠板保護。
3.3儀器、儀表連線：
按照上圖示意進行儀表、電源連線，並檢查接線正確性。特別注意測量儀表與線圈極性應正確。全部連線完畢後，用500v兆歐表測量激磁繞組、測量繞組等迴路絕緣電阻。
3.4溫度計布置：
沿定子鐵芯圓周上、中、下磁軛部均勻布置24～36個用於監視的酒精溫度計，並用石棉布封住，防止散熱影響測量的準確性。分別用定子鐵芯疊片時裝入鐵芯背部等處的熱電阻與熱電阻測試儀連線，測量鐵芯的溫度。
3.5試驗前檢查：
檢查所有鐵芯螺栓均在規定的緊固力矩下；檢查定子內、通風槽溝內、上下端部等處不應有鐵磁性物質遺留；用空壓機氣體清掃吹除定子內外、溝槽等處的灰塵和雜質；並將定子保溫密封；定子機架與基礎支墩可靠固定，並用50mm2裸銅線將定子機架與接地網可靠連線。
3.6試驗步驟和方法
1）操作人員、記錄人員、監視人員固定專人專位，按照資料記錄**作好初始資料記錄；
2）合上低壓開關櫃空氣開關及斷路器，觀察定子鐵芯振動狀況，全面檢查定子鐵芯各部狀況，當出現冒煙、火花、嚴重異常響聲時，應立即停電檢查原因；
3）通電10min後無上述異常現象時，觀察各儀表指示狀況；均在正常情況下即可用紅外線點溫計測量定子各部溫度，找出較熱處放置酒精溫度計；再過10min找出較熱處放置溫度計。然後再用紅外線點溫計檢查各處發熱情況，如果仍有過熱處，繼續放置酒精溫度計。
4）完成上述放置溫度計工作後，進行90min的試驗，每隔10min記錄一次溫度計數值和各測量表計數值；
5）90min的試驗正常後，斷開電源，檢查定子機座焊縫、定位筋與機座各焊縫應無裂紋，螺桿應無鬆動，拆除試驗連線及激磁繞組、測量繞組等纜線，清除定子鐵芯機座等灰塵雜質。
3.7試驗資料記錄
從0—90min，每10min記錄一次；分別記錄激磁電壓、激磁電流、感應電壓、鐵損、平均鐵芯溫度、平均機座溫度。分別填入相應的**。
3.8資料處理及結果分析
1）磁通密度折算到1t（tesla）時的鐵損計算：
a）試驗時磁通密度的實際值
（t）式中：vpt—測量線圈感應的電壓值；
w2—測量繞組的匝數；
s—定子鐵芯磁軛部截面積。
b）定子鐵芯磁軛部單位鐵損⊿pfe
（w/kg）
式中：pfe—功率表w的測量值，即實測總鐵損（w/kg）；
g—鐵軛重量
（kg）
c）最高齒溫差⊿t1(℃)
(℃)式中：t1—最高齒溫(℃)
t2—最低齒溫(℃)
《規範（gb50150—91）》第2.0.11條規定：溫差不應超過15℃。
d）鐵芯最高溫公升⊿t2(℃)
(℃)式中：t3—最高鐵芯溫度或齒溫(℃)
t2—鐵芯初溫(℃)
《規範（gb50150—91）》第2.0.11條規定：溫差不應超過25℃。
2）試驗結果分析依據：
a）單位鐵損⊿pfe≥2.5 w/kg即為不合格；
b）鐵芯齒部相互間的溫差⊿t1≥30℃即為不合格（若⊿t1≤15℃為良好）；
鐵芯最高溫公升⊿t2≥45℃即為不合格（若⊿t2≤25℃為良好）
4 發電機定子鐵損試驗裝置及儀表選擇配置
5 安全注意事項
在發電機層的試驗區域設立警戒線，警戒線範圍內的試驗區域全封閉管理，控制進入鐵損試驗區域的人數。在發電機層機坑四周、定子風洞內四周、下機架基礎處，設定足夠數量且符合使用要求的乾粉滅火器。試驗期間，廠房橋機嚴禁經過試驗區域上空。
當試驗因異常情況終止後，應檢查處理異常點。處理完後經檢查驗收處理情況、認為合格後，方可重新開始試驗。
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