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摘要:本文对发电机铁芯磁化试验在实际应用过程中,励磁线圈电源的选择进行阐述,在对励磁电源送电过程会出现的跳闸问题进行分析,在试验过程中要注意的问题及对试验结果进行了描述。
关键词:发电机铁芯、磁化试验、励磁线圈、温度
在叠装完成的发电机定子铁芯上缠绕励磁绕组,绕组中通入交流电流,使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通使铁芯磁化,从而在铁芯中产生涡流和磁滞损耗,使铁芯发热。如果薄硅钢片间绝缘受损或劣化将产生较大的涡流,温度较快升高。用红外线测温仪查找局部过热点及辅助测温;在铁芯上缠绕测量绕组,测量其感应电压,计算出铁芯总的有功损耗。最后根据测试结果与设计要求比较,判断定子铁芯的制造、安装质量。
某電厂发生定子接地故障,在拆除定子线棒后,为了及时发现和消除铁芯缺陷,进行了发电机铁芯磁化试验。该发电机为隐极同步发电机,额定功率:400MW;额定电压:19kV;额定频率:50HZ.根据发电机定子铁心磁化试验导则(GBT 20835-2016)需要,发电机厂家提供下列参数:
根据试验导则要求,试验前要计算出励磁线圈匝数及电源容量。试验导则中励磁线圈匝数
,由公式可以看出电源电压U1来确定励磁线圈的匝数W1。因为实际中电源频率f,发电机定子铁芯面积S是固定不变的;定子铁芯磁通密度B要求是在1.4T,假设是固定不变的。以该厂发电机参数为例,根据导则公式
计算出Q值为2.1634m2,若采用400V低压电缆作为励磁线圈,根据公式计算W1不到一匝;现场也不具备两台厂用变压器低压侧串联提供800V励磁线圈的条件,因此在试验中我们采用厂用6kV作为励磁线圈电源,根据公式计算出匝数W1=9.37匝,励磁线圈电流I1W1=π(D1-hs)按照9匝线圈计算I1=28.42A。励磁线圈主要作用是来提供磁场,必须使用无屏蔽层电缆。在磁化试验中为了使磁场均匀分布,不发生畸变,在缠绕励磁线圈时采用对称布置。在磁化试验中,励磁电流主要是对发电机铁芯产生交变磁场,所以在测量损耗时要使用低功率因素表。
根据发电机铁芯磁化试验如下图接线:
铁心试验接线检查正确无误后,在对励磁线圈W1送电过程中,励磁线圈接的6kV断路器保护出现过流跳闸情况。对励磁线圈检查,绝缘正常,经分析断路器保护跳闸情况应该是由于合闸瞬间的电压不在最大值,使铁芯中的磁通量不为零,所产生的励磁涌流造成的过流跳闸。根据计算值I1=28.42A,可以视为额定电流为28.42A的变压器在送电冲击情况下进行整定。在选择6KV断路器柜的时,最好能采用带变压器保护的断路器柜,利用变压器保护的励磁涌流限制功能,避免在对励磁线圈送电时出现多次因励磁涌流跳闸的情况。本次试验励磁线圈接的是带电动机保护的断路器,在励磁涌流造成跳闸后,检查保护装置动作正常,核对保护定值正确后再次试送后任然跳闸。检查励磁线圈、断路器及保护装置后第三次试送电成功。
提前准备好红外线测温仪,并记录试验时的环境温度。试验前定子铁芯初始温度和环境温度的温差应不超过5K,避免试验时铁芯温度升高无法判断原因,是由于外界气温影响还是铁芯质量问题造成。通入励磁电流后用红外线测温仪在定子腔内寻测,若发现有过热处再用温度计测量。若发现温度有异常升高,应立即停止试验以防铁心烧坏,并随即进入检查。通入励磁电流后用红外线测温仪在定子腔内寻测,若发现有过热处再用温度计测量。若发现温度有异常升高,应立即停止试验以防铁心烧坏,并随即进入检查。
根据铁芯磁化试验导则,为了使铁芯可靠接地,我们用一根软铜线将铁芯与厂房接地扁铁连接。在试验过程中,用红外线测温仪查看局部是否存在过热点时,发现软铜接地线有明显过热显现,立即断开励磁线圈电源,拆除接地软铜线。磁化试验导则的要求对于发电机制造厂来说,在发电机铁芯进行出厂试验时,铁芯要可靠接地。实际在电厂中进行铁芯磁化试验时,发电机铁芯、壳罩、底座已紧密连接并可靠接地。若再将铁芯接地,则会出现铁芯两点接地的情形,软铜接地线和底座形成回路,在强磁场的情况下产生电流,如果回路电阻稍大,就会出现发热情况。在对安装好的发电机进行铁芯磁化试验时,要检查发电机铁芯无多余的接地点,避免在强磁场的情况下,造成多点接地形成环流发热。
测量绕组感应电压值为696.7V,根据公式
计算出实际磁感应强度B=1.393T,满足隐极同步发电机磁通密度应在1.4T左右的要求,且试验时间为45分钟,不需要进行试验时间修正。
以下表格是本次试验数据:
对于铁芯质量的判断,最直接的依据是温差。铁芯磁化导则中要求,在规定的磁通密度下,试验经过规定时间后,发电机铁芯最大温升不超过25K,发电机相同部位最大温差不超过15K。可以判断出,该厂发电机在发生定子接地故障后,铁芯没有受到影响,在合格范围内。
参考文献:
1、GBT 20835-2016 发电机定子铁心磁化试验导则
2、欧小冬。大型水轮发电机定子铁损试验及分析 电工技术 2011年第5期
3、马晨原,庞宏强。基于对称绕组的水轮发电机定子铁损试验中圆周磁场的分析 水电能源科学 水电能源科学 2018年第7期
4、徐鸣琴。三峡左岸电站大型水轮发电机定子铁芯磁化试验 水电站机电技术 2005年4月
关键词:发电机铁芯、磁化试验、励磁线圈、温度
在叠装完成的发电机定子铁芯上缠绕励磁绕组,绕组中通入交流电流,使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通使铁芯磁化,从而在铁芯中产生涡流和磁滞损耗,使铁芯发热。如果薄硅钢片间绝缘受损或劣化将产生较大的涡流,温度较快升高。用红外线测温仪查找局部过热点及辅助测温;在铁芯上缠绕测量绕组,测量其感应电压,计算出铁芯总的有功损耗。最后根据测试结果与设计要求比较,判断定子铁芯的制造、安装质量。
某電厂发生定子接地故障,在拆除定子线棒后,为了及时发现和消除铁芯缺陷,进行了发电机铁芯磁化试验。该发电机为隐极同步发电机,额定功率:400MW;额定电压:19kV;额定频率:50HZ.根据发电机定子铁心磁化试验导则(GBT 20835-2016)需要,发电机厂家提供下列参数:
根据试验导则要求,试验前要计算出励磁线圈匝数及电源容量。试验导则中励磁线圈匝数
,由公式可以看出电源电压U1来确定励磁线圈的匝数W1。因为实际中电源频率f,发电机定子铁芯面积S是固定不变的;定子铁芯磁通密度B要求是在1.4T,假设是固定不变的。以该厂发电机参数为例,根据导则公式
计算出Q值为2.1634m2,若采用400V低压电缆作为励磁线圈,根据公式计算W1不到一匝;现场也不具备两台厂用变压器低压侧串联提供800V励磁线圈的条件,因此在试验中我们采用厂用6kV作为励磁线圈电源,根据公式计算出匝数W1=9.37匝,励磁线圈电流I1W1=π(D1-hs)按照9匝线圈计算I1=28.42A。励磁线圈主要作用是来提供磁场,必须使用无屏蔽层电缆。在磁化试验中为了使磁场均匀分布,不发生畸变,在缠绕励磁线圈时采用对称布置。在磁化试验中,励磁电流主要是对发电机铁芯产生交变磁场,所以在测量损耗时要使用低功率因素表。
根据发电机铁芯磁化试验如下图接线:
铁心试验接线检查正确无误后,在对励磁线圈W1送电过程中,励磁线圈接的6kV断路器保护出现过流跳闸情况。对励磁线圈检查,绝缘正常,经分析断路器保护跳闸情况应该是由于合闸瞬间的电压不在最大值,使铁芯中的磁通量不为零,所产生的励磁涌流造成的过流跳闸。根据计算值I1=28.42A,可以视为额定电流为28.42A的变压器在送电冲击情况下进行整定。在选择6KV断路器柜的时,最好能采用带变压器保护的断路器柜,利用变压器保护的励磁涌流限制功能,避免在对励磁线圈送电时出现多次因励磁涌流跳闸的情况。本次试验励磁线圈接的是带电动机保护的断路器,在励磁涌流造成跳闸后,检查保护装置动作正常,核对保护定值正确后再次试送后任然跳闸。检查励磁线圈、断路器及保护装置后第三次试送电成功。
提前准备好红外线测温仪,并记录试验时的环境温度。试验前定子铁芯初始温度和环境温度的温差应不超过5K,避免试验时铁芯温度升高无法判断原因,是由于外界气温影响还是铁芯质量问题造成。通入励磁电流后用红外线测温仪在定子腔内寻测,若发现有过热处再用温度计测量。若发现温度有异常升高,应立即停止试验以防铁心烧坏,并随即进入检查。通入励磁电流后用红外线测温仪在定子腔内寻测,若发现有过热处再用温度计测量。若发现温度有异常升高,应立即停止试验以防铁心烧坏,并随即进入检查。
根据铁芯磁化试验导则,为了使铁芯可靠接地,我们用一根软铜线将铁芯与厂房接地扁铁连接。在试验过程中,用红外线测温仪查看局部是否存在过热点时,发现软铜接地线有明显过热显现,立即断开励磁线圈电源,拆除接地软铜线。磁化试验导则的要求对于发电机制造厂来说,在发电机铁芯进行出厂试验时,铁芯要可靠接地。实际在电厂中进行铁芯磁化试验时,发电机铁芯、壳罩、底座已紧密连接并可靠接地。若再将铁芯接地,则会出现铁芯两点接地的情形,软铜接地线和底座形成回路,在强磁场的情况下产生电流,如果回路电阻稍大,就会出现发热情况。在对安装好的发电机进行铁芯磁化试验时,要检查发电机铁芯无多余的接地点,避免在强磁场的情况下,造成多点接地形成环流发热。
测量绕组感应电压值为696.7V,根据公式
计算出实际磁感应强度B=1.393T,满足隐极同步发电机磁通密度应在1.4T左右的要求,且试验时间为45分钟,不需要进行试验时间修正。
以下表格是本次试验数据:
对于铁芯质量的判断,最直接的依据是温差。铁芯磁化导则中要求,在规定的磁通密度下,试验经过规定时间后,发电机铁芯最大温升不超过25K,发电机相同部位最大温差不超过15K。可以判断出,该厂发电机在发生定子接地故障后,铁芯没有受到影响,在合格范围内。
参考文献:
1、GBT 20835-2016 发电机定子铁心磁化试验导则
2、欧小冬。大型水轮发电机定子铁损试验及分析 电工技术 2011年第5期
3、马晨原,庞宏强。基于对称绕组的水轮发电机定子铁损试验中圆周磁场的分析 水电能源科学 水电能源科学 2018年第7期
4、徐鸣琴。三峡左岸电站大型水轮发电机定子铁芯磁化试验 水电站机电技术 2005年4月