本文重點介紹由加拿大GE公司提供的發(fā)電機定子鐵心磁化試驗的情況,并結(jié)合國內(nèi)的經(jīng)驗提出自己的觀點,從中可以看出國內(nèi)技術(shù)優(yōu)于國外。 定子鐵心;磁化試驗;試驗標(biāo)準(zhǔn)1概述劉家峽水電廠5號發(fā)電機組是我國自行設(shè)計、制造、安裝的第一臺30CMW定子、轉(zhuǎn)子雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機組,1973年6月28日投入運行,安全運行28年為國家電力事業(yè)作出巨大的貢獻(xiàn),也為雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機組的設(shè)計、制造、運行積累了豐富的經(jīng)驗。黃河泥沙磨蝕、機組老化,特別是發(fā)電機絕緣老化,水輪機空蝕磨損,對機組的安全運行具有一定的影響。所以對機組進(jìn)行整體容更換改造,從加拿大GE公司引進(jìn)320MW水輪發(fā)電機組。定子鐵心是根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和GE公司發(fā)電機安裝規(guī)范在機坑內(nèi)進(jìn)行疊裝的,對定子鐵心疊裝質(zhì)量通過定子鐵心磁化試驗來進(jìn)行檢查。發(fā)電機定子機座是在GE公司制造工廠將定子定位筋焊接安裝后,分4瓣運到施工安裝現(xiàn)場,在機坑內(nèi)進(jìn)行疊裝的。 2發(fā)電機及定子有關(guān)參數(shù)21發(fā)電機基本電氣參數(shù)發(fā)電機型號:API額定容量:320MW額定電壓:18kV額定電流:11707A額定功率因數(shù):0.9(滯后)額定頻率:50Hz定子連接方式:4Y 2.2發(fā)電機定子鐵心幾何尺寸及與試驗相關(guān)參數(shù)定子鐵心外徑:D1=12395mm定子鐵心內(nèi)徑:D2=11557mm定子鐵心總高:L1=2131.06mm定子鐵心齒高:HC=146.41mm定子鐵心通風(fēng)溝數(shù):n=54定子鐵心通風(fēng)溝寬度:b=4mm定子鐵心疊壓系數(shù):K=0.95定子鐵心軛部總重量:G=148159kg定子鐵心有效長度:L=1819. 3mm定子鐵心軛部高度:H=272.59定子鐵心軛部截面積:S=495923mm2定子鐵心軛部平均直徑:Dav=121224mm定子鐵心允許溫升:25K鐵心材料導(dǎo)磁率:M17硅鋁鐵合金,=4 3定子鐵心磁化試驗1試驗?zāi)康陌l(fā)電機定子鐵心是由硅鋼片疊裝而成,由于制造安裝可能存在質(zhì)量不良,或在運行中,由于熱和機械力的作用引起片間絕緣損壞,造成短路,在短路區(qū)域形成局部過熱,威脅機組的安全運行。所以發(fā)電機在安裝交接時,需要對定子鐵心進(jìn)行磁化試驗,以測定鐵心單位重量的損耗,同時測量鐵心軛部和齒部的溫度,檢查各部溫升是否超過規(guī)定值,從而綜合判斷鐵心片間絕緣是否良好。 3.2試驗原理在定子鐵心圓周方向上均勻纏繞專用的勵磁線圈,通入工頻交變電流,使定子鐵心內(nèi)部產(chǎn)生約1.0T的交變磁通。那么定子鐵心及定子機座產(chǎn)生渦流與磁滯損耗,使定子鐵心發(fā)熱而溫度升高。利用在測量線圈中接入的瓦特表測量定子鐵心損耗,并用熱成像儀、預(yù)埋的溫度計和預(yù)埋的熱電偶同步測量定子鐵心中各個部位溫度及溫升,將測量結(jié)果與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,來判斷定子鐵心齒最高溫升、定子鐵心齒最大溫差、定子鐵心單位損耗是否超標(biāo),定子鐵心是否存在局部過熱問題,進(jìn)一步判斷發(fā)電機定子鐵心疊裝質(zhì)量。 3.3試驗標(biāo)準(zhǔn)在中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB8564-88水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范和GE公司編制的劉家峽水電廠五號發(fā)電機安裝手冊的基礎(chǔ)上,制定出以下標(biāo)準(zhǔn)。 定子鐵心單位鐵損(磁通密度1.0T)―實測定子鐵心總損耗,W;定子鐵心軛部總重量,kg;實際磁通密度,T.標(biāo)準(zhǔn):GE公司提供鐵心材料M17硅鋁鐵合金單位鐵損在(2)定子鐵心齒最高溫升(磁通密度1.0T)一最高鐵心齒溫度,鐵心初始溫度,c;實際磁通密度,T.標(biāo)準(zhǔn):(3)定子鐵心齒最大溫差(磁通密度1.0T)一鐵心齒最高溫度,c―鐵心齒最低溫度,c實際磁通密度,T.標(biāo)準(zhǔn):試驗磁通密度1.0T,試驗持續(xù)時間90min定子鐵心局部溫度超過定子鐵心平均溫度10C以上時,則認(rèn)為該部位具有過熱現(xiàn)象。 (6)定子鐵心平均溫度超過定子機座溫度10C以上時,則應(yīng)立即停止鐵心磁化試驗,防止損壞定子鐵心、定子機座。 4試驗方法1鐵心磁化試驗勵磁容量計算在勵磁線圈上施加試驗電源:工頻50HzAC勵磁線圈匝數(shù)計算:f試驗電源頻率,HzB鐵心軛部實際磁通密度,T;S定子鐵心軛部截面積,cm2.試驗時實際取4匝。 勵磁線圈感抗計算:Xl=0.404n勵磁電流計算:測量線圈電壓計算:定子鐵心有功損耗:勵磁容量計算:1臺額定容量1000kVA變壓器。 2試驗設(shè)備選擇試驗電源變壓器選擇:變壓器型號:SL71⑴0/6額定容量:1000kVA額定電壓:6/0 4kV額定電流:96.2/1443.3A額定頻率:50Hz連接組別:Y/Y.一12相數(shù):3相儀器、儀表、材料選擇在此不予以詳述。 4.3試驗準(zhǔn)備、接線、試驗方法4.3.1纏繞勵磁繞組發(fā)電機定子鐵心疊裝、緊壓完畢,具備鐵心磁化試驗條件后,在定子鐵心上均勻纏繞專用的勵磁線圈。 為了使定子鐵心中產(chǎn)生的磁通密度分布均勻,采用8個并聯(lián)勵磁線圈均勻分布在定子鐵心圓周方向上。 絕緣銅芯軟電纟纜每個支路約通過125A電流,8個支路一端一起穿過150(/5A電流互感器,并接至變壓器低壓側(cè)C相母線,8個支路另一端一起接至變壓器低壓側(cè)A相母線。 纏繞勵磁線圈時,電纜要拉緊,并貼在鐵心齒表面上,不得放入鐵心槽內(nèi),在鐵心棱角處加墊絕緣橡皮,提高絕緣強度。 4.3.2纏繞測量線圈纏繞測量線圈1匝,測量線圈采用1000V截面1.50mm2橡皮絕緣銅芯軟電纜。 測量線圈兩端接至測量回路中。 纏繞測量線圈時,電纜要拉緊,并貼在鐵心槽內(nèi),緊貼槽底,包繞定子有效鐵心,不得包繞定子機座,在鐵心棱角處加墊絕緣橡皮,提高絕緣強度。 酒精溫度計布置沿著定子鐵心圓周方向上、中、下軛部和齒部均勻布置36個酒精溫度計。 4.3.4熱電偶布置在定子鐵心中部,定子槽底,沿著定子鐵心內(nèi)圓圓周方向均勻布置10個熱電偶。在定子機座中部的環(huán)板上,沿著定子鐵心外圓圓周方向均勻布置2個熱電偶。在鐵心中部,定子槽底,沿著定子鐵心外圓圓周方向均勻布置8個熱電偶。 5試驗接線試驗接線圖見,包括AC6000V電源斷路器,SL7― 1000/―0.4kV變壓器,電壓表,頻率表,8個并聯(lián)支路勵磁繞組,測量繞組。 4.4試驗數(shù)據(jù)劉家峽水電廠5號發(fā)電機定子鐵心磁化試驗時間:2000年5月12日10時10分一遠(yuǎn)紅外成像儀測得溫度數(shù)據(jù):試驗持續(xù)時間:90min鐵心初始溫度:19.0C最高齒溫:30.7°C最低齒溫:24. 4.5試驗結(jié)果試驗測得實際單位鐵損2由于發(fā)電機定子結(jié)構(gòu)原因,試驗時勵磁線圈、測量線圈實際包繞了定子機座,使得定子鐵心單位損耗偏大,略大于1.9841W/g標(biāo)準(zhǔn)。 電位差計測得定子鐵心齒最高溫升(磁通密度結(jié)論:定子鐵心齒最高溫升小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定25IC電位差計測得定子鐵心齒最大溫差(磁通密度表1電氣參數(shù)記錄數(shù)據(jù)序時間試驗頻率勵磁電壓U2勵磁電流11感應(yīng)電壓U.功率P號結(jié)論:定子鐵心齒最大溫差小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定15K.表2實際磁通密度及單位鐵損序號時間實際磁通密度B(D遠(yuǎn)紅外成像儀測得定子鐵心齒最高溫升(磁通密度:L結(jié)論:定子鐵心齒最高溫升小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定25IC遠(yuǎn)紅外成像儀測得定子鐵心齒最大溫差(磁通結(jié)論:定子鐵心齒最大溫差小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定15K(6)小結(jié)試驗數(shù)據(jù)符合規(guī)范要求,定子機座、定子鐵心定位筋、定子鐵心各緊壓螺桿等部位在試驗期間無異,F(xiàn)象,定子鐵心磁化試驗合格。 表3電位差計測得溫度數(shù)據(jù)°C試驗時間(min)位置序號鐵心內(nèi)圓中部布置機座環(huán)板12鐵心外圓中部布置鐵心平均溫度機座平均溫度5大型水輪發(fā)電機定子鐵心疊裝、鐵心磁化試驗的一點感受隨著大型水輪發(fā)電機的單機容量越來越大,對定子鐵心疊裝質(zhì)量的要求也越來越高。通過劉家峽5號發(fā)電機定子鐵心疊裝、鐵心磁化試驗及國內(nèi)外大型水輪發(fā)電機制造經(jīng)驗,如果使得定子鐵心疊裝質(zhì)量優(yōu)良、鐵心磁化試驗符合規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,必須嚴(yán)格控制各項施工工藝質(zhì)量規(guī)范技術(shù)要求,同時必須注意以下問題。 5.1定子鐵心疊裝工藝要求依據(jù)定子鐵心裝配圖紙和制造廠工藝手冊進(jìn)行疊片,先試疊沖片約2段,然后每張沖片放入兩個定位棒,進(jìn)行整形工作。這時應(yīng)檢查定位筋在沖片的鴿尾槽內(nèi)位置正確,鐵心外園表面平整均勻,同時檢查并調(diào)整下指壓板的位置,保證齒壓指與沖片齒相對正。正式疊片時,首先在定位筋鴿尾段薄薄地涂一層二硫化鉬,同時檢查每個鐵心段的高度,并預(yù)留鐵心高度壓縮量0.6mm,定子鐵心各段疊片高度誤差范圍允許值為為避免疊片過程中的差錯,采用單人整圈順時針的疊片方法,層間順時針錯開1/4沖片,同時保證每張沖片標(biāo)記方向一致。 報廢任何受損或有質(zhì)量問題的沖片和通風(fēng)槽片。 每個鐵心段至少測量兩次疊片后定子槽形尺寸。 在鐵心通風(fēng)溝位置,所有的通風(fēng)槽片的起始位置應(yīng)上下相互一致。 要保證在每個通風(fēng)槽片上放置一片齒部倒了角的沖片。 5.2定子鐵心預(yù)壓工藝要求每段鐵心疊片高度達(dá)到450mm左右時,安裝預(yù)壓工具對鐵心進(jìn)行預(yù)緊壓,同時對該段鐵心進(jìn)行整形檢查。每次預(yù)壓要測量鐵心內(nèi)徑、波浪度和鐵心長度尺寸,并做記錄以便以后調(diào)整疊片高度,緊壓時用4臺風(fēng)扳機隔90沿同一方向逐漸旋緊,直到用扭矩扳手檢查預(yù)緊力達(dá)到要求。 5.3鐵心最后緊壓在鐵心疊片距上端部約100mm時,進(jìn)行一次試壓以便保證鐵心最后堆疊高度在設(shè)計要求2131.13mm內(nèi),即在90方向分別疊放與總高度要求一致的沖片進(jìn)行壓緊,高度確定后,拆除這些沖片,按要求堆疊沖片至預(yù)計高度,然后安裝上壓指板,調(diào)整好位置后進(jìn)行最后壓緊工作。 4定子鐵心的環(huán)氧涂覆處理該定子鐵心齒部粘接采用表面涂覆環(huán)氧粘合劑,利用其滲透性滲透到片間,固化后達(dá)到齒部粘接的目的。其方法是在鐵心表面用毛刷均勻涂覆一層環(huán)氧粘合劑,中部要求以滲入鐵心并不出現(xiàn)滴淌為準(zhǔn),而上、下端部涂覆多層環(huán)氧粘合劑,直到不再出現(xiàn)滲入現(xiàn)象涂滿為止。注意,混合后的環(huán)氧粘合劑材料的使用期限不應(yīng)超過3~4h,在環(huán)氧粘合劑材料固化前應(yīng)將過多的粘合劑流淌部分擦去。 5.5質(zhì)量保證措施定子鐵心裝配工作質(zhì)量控制與檢查應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工班組技術(shù)員自檢,主管工程師復(fù)檢,檢查合格后提交質(zhì)量記錄,請監(jiān)理工程師最終驗收,簽發(fā)合格證后進(jìn)行下道工序,嚴(yán)格對待施工的過程控制。嚴(yán)格按照制造廠提供的安裝工藝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及甲方認(rèn)可的施工方案組織生產(chǎn)施工。施工中所使用的器具、儀器、儀表應(yīng)符合計量要求,在檢定有效期內(nèi)。 6結(jié)論通過劉家峽水電廠5號發(fā)電機定子鐵心疊裝、鐵心磁化試驗證明,只有嚴(yán)格執(zhí)行各項工藝規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),對各項工藝具體施工過程加強監(jiān)督力度,施行監(jiān)理制度,嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量三級驗收制度,才能保證各項工藝按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。進(jìn)行鐵心磁化試驗時,在測量定子鐵心單位損耗的同時必須加強監(jiān)視和測量定子鐵心各個部位的溫度、溫升,只有這樣,才能做到全面監(jiān)控,保證鐵心磁化試驗質(zhì)量。 如果只考核單位鐵損,定子鐵心局部產(chǎn)生嚴(yán)重過熱現(xiàn)象時,由于定子鐵心體積大,對單位鐵損不會產(chǎn)生明顯影響,所以,在測量單位鐵損的同時時時刻刻加強監(jiān)視和測量定子鐵心各個部位的溫度、溫升,是很有科學(xué)價值的。