中国水利水电第十二工程局有限公司 浙江丽水 323000
摘要：铁损试验的目的是检验新装铁芯的绝缘情况和实际损耗，判断铁芯的安装质量。本文通过实例介绍了紧水滩水电站1#机发电机定子铁芯铁损试验的方法及计算过程，对同类型机组定子铁损试验有一定的参考价值和指导意义。
关键词：水轮发电机；铁损试验；激磁
1. 前言
紧水滩水电站位于浙江省丽水市紧水滩镇西北金水峡口，距云和县城12km，系国家开发瓯江流域龙泉溪干流梯级发电的第一级水电站。电站安装水轮发电机组6台，单机容量50MW，总容量30万kW。本次机组增容改造工程将1#发电机的额定容量由50MW增加至55MW。
2.验目的和原理：
紧水滩电厂55MW一号发电机定子铁芯由中国水利水电第十二工程局在现场叠装而成。为检查硅钢片制造、运输及铁芯叠装质量和铁芯损耗是否满足要求，在铁芯叠压完成后，按照规范需要需对定子铁芯进行铁损试验；以测定铁芯单位质量的损耗，测量铁轭和齿部温度，检查各个部分的温升是否超过规定值，从而综合判断铁芯片间的绝缘是否良好。铁芯损耗试验就是利用专用电缆按一定匝数缠绕在定子铁芯上并通以工频交流电，使铁芯内部产生交变磁通，如果叠片间有气隙或绝缘不良就会局部产生较大涡流而发热，通过铁芯表面热点可以发现局部缺陷，通过仪表测出铁芯损耗和温升。
3.定子铁芯设计参数：
定子铁芯外径（径向)D1:640 cm；定子铁芯内径（径向）D2:576 cm；定子铁芯长度：（轴向）L1:150 cm；定子铁芯齿高（径向）hc:14.524 cm；定子铁芯通风沟数（轴向）n:41；定子铁芯通风沟宽度（轴向）b:0.6 cm；定子铁芯叠压系数:K:0.95；叠片型号:50W270。
4.有关参数计算与试验设备选择
4.1参数计算
（1）定子铁芯轭部截面积计算：
铁芯有效长度：（轴向）L=K（L1-nb）=119.130 cm
定子铁轭高度：（径向）h=（D1-D2）/2-hc=17.476 cm
铁芯有效截面积：S=Lh =2081.92 cm2
（2）励磁线圈匝数W1计算：
按利用380V系统提供试验励磁电源计算，考虑到10%电源线路压降，W1=U1× 0.9/4.44f1SB=380×0.9/（4.44×50×2081.92×10-4×1）≈7.39≈7 匝
（3）励磁电流I1计算：
硅钢片单位长度安匝数取αω=2安匝/cm（厂家定）。 I1=π×（D1-h）×αω/ W1 =3.142×（640-17.476）×2/7=558.8（A）。按照1000/5变比，二次表计电流表读数约为558.8/200=2.794 A
（4）测量线圈匝数W2计算：
根据W2/W1=U2/U1，取W2为2匝,则电压表计U2读数应在100 V左右，取0～200 V档位。
4.2 试验设备选择：
试验励磁用电源：考虑到设备不平衡运行能力和温升限制，一般需一定负荷裕量，电源容量不宜小于400 kVA。因此考虑采用380 V、400 kVA以上三相变压器或者发电机提供励磁电源，采用截面200 mm2以上电缆取两相和零线送到厂房装配间空气断路器上端接线端子。
试验用电缆：励磁线圈采用截面积为200mm2的电缆，长度200 m左右；测量线圈采用多股芯线电缆截面积6 mm2，长度20 m左右。
5.试验准备
（1）铁芯叠装工作结束，经过仔细清扫检查，无任何遗留物；定子固定采取临时有效减振措施、并且至少有二处与全厂地网可靠连接。
（2）励磁线圈在铁芯上分三处集中缠绕7匝，相距120°，铁芯槽口处加垫绝缘橡皮，防励磁绕组划伤或者漏电，三个励磁绕组按相同的绕向，头与头，尾与尾并在一起接至开关柜的出线端；在定子铁芯上缠绕2匝测量线圈，测量绕组与相邻励磁绕组相距60°，应做好绝缘措施并尽量靠近铁芯，减少测量误差；
（3）在定子铁芯下部通风槽处180°方向临时各装一只测温电阻，在定子机座上、下两端部180°方向临时各装两只测温电阻，并在铁芯上均匀分布30只测温电阻并进行准确命名。
6.试验步骤
（1）定子铁芯叠压合格并检查铁芯内部有无其他铁磁材料和杂物。
（2）在定子铁芯轭部，齿部均匀放置温度计，读取起始温度并作记录。
（3）合上励磁电源，按B=45U2/SW2 计算磁通密度是否满足要求；如符合要求，继续下步工作；如相差很大，可根据现场具体情况改变励磁匝数，重复本条工作，新的励磁电流按I2=W12×I1/W22估算。10分钟后用红外测温装置巡检定子铁芯，如有过热点应及时安装温度计，进行监视。
（4）试验持续时间磁通1特斯拉情况下90分钟，每隔10分钟读取各温度计指示值一次，并作记录。
7 试验记录和结果计算分析
7.1试验记录
表1： 90分钟铁损试验记录
7.2结果计算
（1）试验时磁通密度实际值：B=45U2/W2S=45×98.9/2×2081.92=1.068特斯拉。式中：U2为测量线圈上测得的电压，98.9V；W2为测量线圈匝数，2匝；S为定子铁芯轭部有效面积，2081.92cm2。
（2）根据试验时实际磁通密度B计算定子铁芯单位铁损(折算到1T时)：
P10 = (1/B)2•PFe/G=(1/1.068)2×41200/30949=1.167(W/kg)。式中：PFe 为实测总损耗，41.20kW。
（3）定子铁芯最高温升的计算(折算到1T时)：
Δtmax = (1/B)2•(t1-t0)=（1/1.068)2×(19.0-13.0)=5.3℃。式中：t1为铁芯最高温度，t0为试验前铁芯温度。
（4）定子铁芯最大温差的计算(折算到1T时)：
Δt = (1/B)2•(t3-t2)=（1/1.068)2×(17.4-15.0)=2.1℃。式中：t3为铁芯最高温度，t2为铁芯最低温度
7.3结果分析
单位铁损符合制造厂家的规定，其厂家标准值为≤1.43W/㎏，相互比较，没有增加。铁芯的最大温升和温差符合制造厂家要求，定子铁芯最高温升为5.3℃（不超过25℃），定子铁芯最大温差为2.1℃（不超过15℃）。试验结束后检查定子铁芯压紧螺栓无松动现象，试验过程中无其他异常现象。计算表明，定子铁芯损耗和局部温升值在允许范围内。
8结 语
为防止试验过程中出现触电、烫伤等事故，必须制定专门安全措施。注意厂用电供电过程，防止出现厂用电全停的情况出现，试验前安排好紧急备用柴油机的启动试验工作，并制定应急操作方案。本次铁损试验结束后，又进行了定子的交流耐压和直流泄露等试验，试验全部合格。1#机组顺利投入运行，运行工况良好，达到了预期效果。
参考文献：
[1] 刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京:中国水利水电出版社,2002.
[2] DL/T596-1996电力设备预防性试验规程[S].北京:中国电力出版社.