邱世貴，梁道興

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350003)

1 概 述

馬里古伊那水電站工程項目是“一帶一路”倡議走向西非大地的一個縮影，電站位于塞內加爾河流中段，距卡伊市80 km，安裝3臺卡普蘭式機組(功率46.67 MW)，總裝機容量140 MW。

古伊那水電站定子鐵心是現場疊片組裝，為確認定子鐵心硅鋼片設計制造、現場堆積、壓緊等鐵心質量，可通過磁化試驗檢查硅鋼片間是否有短路情況，絕緣是否良好，鐵心溫升是否滿足規(guī)范及主機廠技術文件要求，定子鐵心比損耗是否滿足所用硅鋼片的標準比損耗。由于馬里地處西非內陸，電力供應極度匱乏，輸電網絡單一，覆蓋區(qū)域小，對于古伊那電站項目施工區(qū)并未形成配電網，施工電源也面臨挑戰(zhàn)，無外來市電電源，因此施工電源采用柴油發(fā)電機組供電，對定子磁化試驗的電源選擇有一定的難度。

2 磁化試驗基本原理及方法

在發(fā)電機定子鐵片堆積、壓緊后的鐵心上纏繞勵磁繞組，繞組中通入根據機組參數計算得出的工頻電流，使之在鐵心內部產生接近飽合狀態(tài)的交變磁通。根據規(guī)范(GB/T 208352—2016)要求，水輪發(fā)電機取激磁磁感應強度H約為1 T左右，鐵心在交變磁通中產生渦流和磁滯損耗，使鐵心發(fā)熱，溫度很快上升。同時，使那些鐵心中片間絕緣受損或劣化部份產生較大的局部渦流，溫度急劇上升，從而找出過熱點。試驗中用紅外線測溫槍測量定子鐵心、上、下齒壓板及定子機座的溫度，計算出鐵心最大溫升(Δtmax)和溫差Δt(即Δt=Δtmax-Δtmin)。在鐵心上纏繞測量繞組，測量其感應電壓，計算出鐵心中不同時刻的磁感應強度，并根據測得的勵磁電流、電壓計算出鐵心的有功損耗。最終根據定子鐵心的溫升來判斷定子鐵心質量，定子鐵心比損耗值作為鐵心質量的輔助判斷。

2.1 定子鐵心基本參數

試驗前需要計算勵磁繞組的匝數、勵磁電流大小及鐵心的質量，計算中用到的主要基本參數有：定子鐵心外徑D1=8.8 m，定子鐵心內徑D2=8.2 m，定子鐵心總長L1=1.074 m，定子鐵心齒高hc=0.126 9 m，定子鐵心通風溝數為29，定子鐵心通風溝寬b=0.006 m，試驗電源頻率f=50 Hz，定子鐵心軛部截面面積Q=0.148 m2，試驗時定子鐵心軛部磁通密度B=1 T，定子軛部磁場強度H=2 A/m，定子鐵心軛高hys=0.173 m，定子鐵心凈長lu=0.855 m，定子鐵心疊壓系數kFe=0.95，電源容量系數Ks=1.732，硅鋼片密度ρ=7.6kg/m3。

2.2 理論計算結果

(1)勵磁電壓。U1=380 V(此為理論值用于計算，實際值為試驗設備輸出電壓)，實際電壓為柴油機發(fā)電機輸出電壓。

(3)理論計算測量線匝數為5匝(可根據現場根據表計調整測量匝數)。

(5)定子軛部理論重量。m=π(D1-hys)Qρ=30 469 kg。

(6)定子鐵心軛部截面。s=lu×kys=0.148 001 m2。

(7)勵磁線圈導線截面。s1=I/4=123 mm2，取≥150 mm2。

(8)根據《發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導則》(GB/T 20835—2016)中“電源容量”章節(jié)，試驗電源容量按下式計算：

S=KsU1I×10-3

得出電站定子磁化試驗要求電源容量S=1.732×380×492.5×10-3=328 kVA，故取≥350 kVA。

3 準備工作

(1)試驗設備。電壓表，電流表，低功率因數瓦特表，頻率表，電流互感器，鉗形電流表，紅外線測溫槍，絕緣兆歐表，試驗用電纜。

(2)對定子各部位進行徹底的清掃，全面檢查機座和鐵心，移走所有與試驗無關的設備；檢查通風溝、上下端部位置、各環(huán)板間，保證各處無殘留金屬物件；完成緊固并檢查定子鐵心所有拉桿螺絲等全部機械工作；用銅芯線將定子鐵心(機座上)可靠地一點接地，銅芯線截面積應≥50 mm2。

(3)在定子鐵心上按相同方向、均勻纏繞勵磁線圈。勵磁線圈纏繞時，應繞定子有效鐵心，在鐵心和機座棱角處用絕緣隔離繞勵磁電纜，并用扎帶固定在電纜上。測量線圈應繞在與勵磁線圈成90°或者在相鄰兩組勵磁線圈平分的位置，其匝數根據電壓表要求決定。

(4)按定子圓周均分布置測溫點8處，每處布置上、中、下3點，其中上測點和下測點為齒部，中測點為槽底，共計24個測點。試驗時用紅外線測溫槍定時測量各點溫度，并作好記錄。

4 鐵心質量判定

(1)鐵心最大溫升Δtmax限值。在1 T磁通密度下，試驗經過90 min后，鐵心最大溫升Δtmax限值≤25 K。

(2)鐵心相同部位(定子齒或槽)溫差Δt的限值。在1 T磁通密度下，試驗經過90 min后，定子鐵心相同部位(定子齒或槽)最大溫升與最小溫升之差，即Δt=Δtmax-Δtmin≤15 K。

5 安全注意事項

(1)在試驗區(qū)域設立警戒線，警戒線范圍內的試驗區(qū)域全封閉管理，控制進入鐵損試驗區(qū)域的人數。

(2)試驗期間，停止廠房內其他用電設備運行，保持電壓穩(wěn)定。

(3)試驗過程中注意安全，做好防護措施，無關人員未經同意禁止靠近試驗區(qū)域；有異常情況時停止主電源再進行檢查。

(4) 試驗區(qū)域附近不得進行可能產生大的噪音的其他作業(yè)。

6 試驗過程

(1)關閉所有直接照射到并導致定子鐵心溫度提升的照明設備，各部位測量人員就位，記錄好各表計的初始值以及鐵心上分布好的各測溫點的初始溫度，合試驗用斷路器，開始計時。每隔15 min記錄1次各溫度計讀數，用紅外線測溫槍或溫度計測量各點的溫度并記錄。

(2)試驗過程中，出現下列情況試驗應終止：整個試驗持續(xù)過程中，折算到1 T時，鐵心最大溫升不超過25 K，最大溫升與最小溫升不得超過15 K；或試驗過程中有局部打火、發(fā)紅甚至冒煙或振動過大等現象發(fā)生。

(3)整個試驗完成以后，復核鐵心內徑、鐵心高度、碟簧高度等相關尺寸，滿足設計要求方可將所有試驗設備撤除、退場，然后將試驗區(qū)域清理干凈(見圖1～圖3)。

S-交變電源；M1-勵磁線圈；M2-測量線圈；TA-電流互感器；f1-頻率表；V1、V2-電壓表；A-電流表；W-低功率因數瓦特表

圖2 磁化試驗勵磁繞組接線

圖3 磁化試驗柴油機并聯供電

(4)主要試驗數據分析如下所示(見表1～表3)。

表1 溫度測量記錄

表2 溫升記錄

表3 單位鐵損記錄

(5)計算公式及過程。

U1為實際電壓(V)；B為磁通密度(T)；U′為儀表讀數(V)；Q為鐵心軛部截面面積(m2)；U2為實際電壓(V)；W1為勵磁線圈匝數,12匝；U2′為儀表讀數(V)；lu為鐵心凈長(m)；I2為實際二次勵磁電流(A)；hys為鐵心軛高(m)；I′為儀表讀數(A)；kFe為鐵心疊壓系數，取0.95；I1為實際一次勵磁電流(A)；D1為鐵心外徑(m)；I2為實際二次勵磁電流(A)；D2為鐵心內徑(m)；f為頻率(Hz)；△PFe為鐵心單位損耗(W/kg)；P2為二次損耗(W)；m為鐵心軛部重量(kg)；P′為儀表讀數(W)；ρ為硅鋼片密度(kg/m3)，取7.6×103；PFe為總損耗(W)；△P1T50為1 T、50 Hz時定子單位鐵損(W/kg)。

勵磁電壓：電壓表接線柱選擇500 V檔，儀表刻度125，U1/U′=500/125。

勵磁電流：電流表接線柱選擇5 A檔，儀表刻度100，I2/I′=5/100；也就是電流表滿量程時測得的是5 A。但電流互感器變比為600∶5，I1/I2=600/5，即電流表可實際測得至600 A。

次級電壓：電壓表接線柱選擇150 V檔，儀表刻度150，U2/U2′=1/1。

頻率：直接從儀表讀取。

總損耗：電壓接線柱選擇150 V檔，電流接線柱選擇5 A檔，儀表刻度150，P2/P′= (150×5)/150；電流互感器變比為600∶5，PFe/P2=600/5。

磁密：B=U1/(4.44fQW1)=U1/(4.44×f×0.148×12)Q=luhys=0.855×0.173 1=0.148；lu=kFe(L1-bn)=0.95×(1.074-0.006×29)=0.855，hys=(D1-D2)/2-hc=(8.8-8.2)/2-0.126 9=0.173 1。

單位鐵損：△PFe=PFe/m；m=π(D1-hys)Qρ=π(8.8-0.173 1)0.148×7.6×103=30 469。

1 T、50 Hz時定子單位鐵損：△P1T50=△PFe×(1/B)2×(50/f)1.3。

判定準則：實測單位鐵損折算到1 T磁密下，不得超過1.3倍的理論損耗，即≤1.3×1.1。

說明：此項單位鐵損用于輔助判斷鐵心質量。

試驗結論：合格。

7 結 語

馬里古伊那水電站定子磁化試驗因受現場施工電源的限制，采用2臺400 kW柴油機并列運行作為試驗電源，試驗圓滿成功，定子鐵心比損耗值符合規(guī)范及廠家技術要求，對類似電站的磁化試驗具有參考意義。

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