小型水轮发电机定子铁损现场试验

裴剑辉

(安徽省蚌埠闸工程管理处，安徽 蚌埠 233000)

1 概 述

蚌埠闸水电站位于安徽省蚌埠市，属于淮河干流蚌埠闸枢纽工程的一部分；电站装机6台，发电机型号为SF1000—48/3250,4号发电机于1987年并网发电。2019年8月，4号机组大修过程中，对发电机定子线圈进行交流耐压试验时B相绝缘击穿；由于4号定子线圈存在整体性缺陷，计划线圈整体更换。通过现场观察，定子铁心因高温出现多处波浪变形，需要对4号定子铁心进行铁损试验，检查定子铁心绝缘情况。

本台机组在2016年8月运行过程中发生过短时间定子温度超高，局部温度达200 ℃左右。发电机运行时铁心内部产生涡流，若铁心内部短路，将产生局部过热，对铁心和线圈绝缘影响较大，严重的过热可能造成线圈绝缘击穿。4号发电机大修前，鉴于发电机定子线圈及铁心温度表现正常，有必要对定子铁心进行铁损试验，检查铁心硅钢片之间的绝缘情况，从而判断是否需要更换定子铁心。

2 试验设备选择计算

2.1 参数计算

定子铁心外径D1=325 cm，内径Di1=300 cm，长L=40 cm，槽深hs=6 cm，叠压系数kFe=0.93，通风槽数nv=7，通风槽高bv=10 mm，硅钢片规格D41，硅钢片厚度0.5 mm(见图1)，相关计算如下所示：

图1 定子铁心示意

(1)励磁线圈匝数：W1=U1/(4.44fQB)

取磁通密度B=1 T，电源电压选择U1=220 V；铁心轴向有效长度Lu=kFe(L-bvnv)=0.93×(40-1×7)=30.69 cm；铁心齿背高hys=1/2(D1-Di1)-hs=1/2×(325-300)-6=6.5 cm；铁心轭部截面面积Q=Luhys=30.69×6.5=199.4 cm2；励磁线圈匝数W1=U1/(4.44fQB)×104=220/(4.44×50×199.4×1)×104=49.7匝，W1取50匝。

(2)励磁线圈电流：I=∑aW/W1

单位长度安匝：磁通密度在1 T时，单位安匝aW取1.6 AW/cm，铁心需要总安匝数∑aW=πDpaW)；铁心平均直径Dp=D1-hys=325-6.5=318.5 cm；∑aW=3.14×318.5×1.6=1 600 AW；励磁线圈电流I=∑aW/W1=1 600/50=32 A。

(3)测量线圈每匝感应电势。

e=4.44fQB×10-4=4.44×50×199.4×1×10-4=4.4 V。

因使用的电压表量程为150 V，测量线圈取W2=21匝，测量线圈总电压U2=4.4×21=92.4 V。……