范 林，趙海濤，李新平，李 慶，趙東慧

(1.河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司，石家莊 050400；2.河北電信設(shè)計(jì)咨詢有限公司，石家莊 050021)

1 概述

發(fā)電機(jī)定子鐵心是由硅鋼片疊壓組裝而成，由于裝配和制造的原因以及運(yùn)行中的熱和機(jī)械力的作用，造成硅鋼片片間絕緣損壞，鐵心局部短路發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞定子線棒絕緣，造成停機(jī)事故。河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“西柏坡電廠”)共有哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-300-2型汽輪發(fā)電機(jī)4臺(tái)，QFSN-600-2YHG型汽輪發(fā)電機(jī)2臺(tái)，在歷次的大修中，發(fā)現(xiàn)300 MW發(fā)電機(jī)定子鐵心多次發(fā)生齒部折斷、片間磨損、過熱等缺陷。定子鐵心損耗試驗(yàn)是檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)定子鐵心裝配質(zhì)量的重要方法,也是檢驗(yàn)鐵心自身絕緣性能的重要工序，通過該項(xiàng)試驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)定子鐵心存在的缺陷，避免因人為檢查造成的疏漏。為此西柏坡電廠利用6 kV廠用電系統(tǒng)，開展了發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗試驗(yàn)，在隨后的發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子檢修時(shí)作為定檢項(xiàng)目，多次發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子鐵心的隱含問題，并在缺陷處理后進(jìn)行復(fù)測(cè)，保證了發(fā)電機(jī)大修后，定子鐵心溫升合格，片間絕緣的狀態(tài)良好。以下以西柏坡電廠的QFSN-300-2型3號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)方案

2.1 可行性分析

2.1.1 電源容量及運(yùn)行方式

發(fā)電機(jī)所處12.6 m平臺(tái)，6 kV配電室位于其下方6.5 m的平臺(tái)上，電源選取方便，啟動(dòng)備用變壓器為有載調(diào)壓，系統(tǒng)電壓調(diào)整方便。由于采用6 kV電壓，勵(lì)磁電流相對(duì)較低，可降低勵(lì)磁電纜截面，便于纏繞，還滿足鐵損試驗(yàn)1.4 T的磁密值。

機(jī)組檢修期間，相應(yīng)的廠用電系統(tǒng)負(fù)荷率較低，預(yù)留1條6 kV母線作為試驗(yàn)電源，不影響公用設(shè)備的正常用電，20號(hào)啟動(dòng)備用變壓器額定容量：40 000/25 000-15 000 kVA，啟動(dòng)備用變壓器容量滿足試驗(yàn)要求。試驗(yàn)時(shí)，將6 kV 3B母線預(yù)留,試驗(yàn)電源取自6 kV 3B段母線U、V相。選用3B循環(huán)水泵斷路器間隔，解除704B斷路器自投。

2.1.2 負(fù)序電流

由于試驗(yàn)電源取自6 kV 3B段母線U、V相，在合閘瞬間及試驗(yàn)過程中將產(chǎn)生負(fù)序電流。根據(jù)對(duì)稱分量法估算負(fù)序電流的大?。篒a2=1/3(IU+α2IV+αIW)；合閘瞬間勵(lì)磁電流按1 000 A計(jì)算，則負(fù)序電流Ia2應(yīng)為300 A。

20號(hào)啟動(dòng)備用變壓器的變比為230 kV/6.3 kV，將低壓側(cè)負(fù)序電流300 A折算到220 kV 側(cè)為8.2 A。此負(fù)序電流由系統(tǒng)及3臺(tái)運(yùn)行機(jī)組提供。

系統(tǒng)等值到西柏坡電廠的等值電抗標(biāo)幺值為0.06(Sj=100 MVA)，西柏坡電廠1臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組等值電抗標(biāo)幺值為0.078，即3臺(tái)發(fā)電機(jī)變壓器組等值電抗標(biāo)幺值為0.026。計(jì)算得：系統(tǒng)提供2.48 A負(fù)序電流，西柏坡電廠3臺(tái)運(yùn)行機(jī)組提供5.72 A負(fù)序電流，即1臺(tái)發(fā)電機(jī)提供1.9 A負(fù)序電流。西柏坡電廠主變壓器的變比為242 kV/20 kV，將1.9 A負(fù)序電流折算到主變壓器低壓側(cè)為22.99 A，遠(yuǎn)低于發(fā)電機(jī)允許長(zhǎng)期運(yùn)行的0.1Ie。所以發(fā)電機(jī)鐵損試驗(yàn)不會(huì)對(duì)系統(tǒng)及西柏坡電廠運(yùn)行機(jī)組產(chǎn)生不利影響。

2.1.3 繼電保護(hù)

為防止試驗(yàn)過程中對(duì)220 kV系統(tǒng)及1號(hào)、2號(hào)、4號(hào)發(fā)電機(jī)造成不利影響，特制定以下保護(hù)措施：703B斷路器過流保護(hù),3B循環(huán)水泵綜合保護(hù)定值做相應(yīng)修改;試驗(yàn)過程中3B循環(huán)水泵差動(dòng)保護(hù),二單元備用分支差動(dòng)退出運(yùn)行;703B斷路器過流保護(hù)由13.7 A改為2.5 A，動(dòng)作延時(shí)由2.2 s改為0 s;3B循環(huán)水泵綜合保護(hù)定值控制字改為Sd0A=16。試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)上述保護(hù)。

2.2 參數(shù)計(jì)算

參數(shù)計(jì)算如下：定子鐵心外徑D1=254 cm；定子鐵心內(nèi)徑D2=125 cm；定子鐵心長(zhǎng)度L1=520 cm；定子鐵心齒高h(yuǎn)1=16.35 cm；通風(fēng)溝數(shù)n=63；通風(fēng)溝寬度b=0.8 cm；定子鐵心沿圓周的單位長(zhǎng)度所需的磁化力H0=3.3 安匝/cm，定子鐵心填充系數(shù)k=0.93，測(cè)量線圈匝數(shù)W2取2匝。

根據(jù)DL 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求，試驗(yàn)時(shí)采用的磁通密度B=1.2 T。

定子鐵心有效長(zhǎng)度

L=k(L1-n×b)=436.728 cm

定子鐵心有效厚度

定子鐵心有效截面積

Q=L×h=21 028.5 cm2

勵(lì)磁線圈匝數(shù)

勵(lì)磁線圈匝數(shù)取10匝

定子鐵心平均直徑

Dp=D1-h=205.85 cm

勵(lì)磁電流

電源容量

S=U1I×10-3=1 278 kVA

通過上述計(jì)算過程，按勵(lì)磁電流計(jì)算值和勵(lì)磁線圈匝數(shù)選擇合適截面的勵(lì)磁電纜。并準(zhǔn)備交流電壓表、交流電流表、單相瓦特表、電流互感器、紅外測(cè)溫儀、紅外成像儀等試驗(yàn)設(shè)備。

2.3 試驗(yàn)步驟

a. 試驗(yàn)前停發(fā)電機(jī)冷卻水。停發(fā)電機(jī)周圍的冷卻風(fēng)機(jī)，以免影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性；試驗(yàn)中定子繞組用不小于50 mm2裸銅線接地。

b. 試驗(yàn)負(fù)責(zé)人聯(lián)系運(yùn)行人員拉出3B循環(huán)水泵斷路器并停其操作電源，合上斷路器間隔負(fù)荷側(cè)接地刀閘后，試驗(yàn)人員開始接線。

c. 將3B循環(huán)水泵斷路器控制方式改為在試驗(yàn)地點(diǎn)12.6 m處實(shí)現(xiàn)合跳控制。

d. 將勵(lì)磁線圈與測(cè)量線圈成90°角繞與鐵心圓周(勵(lì)磁線圈繞為10匝)，并按試驗(yàn)接線圖接好線，聯(lián)系運(yùn)行人員拉開3B循環(huán)水泵斷路器間隔負(fù)荷側(cè)接地刀閘并測(cè)勵(lì)磁線、測(cè)量線絕緣電阻。

e. 準(zhǔn)備好紅外測(cè)溫儀和紅外成像儀，測(cè)量鐵心初始溫度和室溫。

f. 試驗(yàn)負(fù)責(zé)人聯(lián)系運(yùn)行人員將3B循環(huán)水泵斷路器推到運(yùn)行位置，并送上操作電源。試驗(yàn)過程中的分合斷路器的操作由試驗(yàn)人員在12.6 m處自行操作。

g. 試驗(yàn)開始，合上3B循環(huán)水泵斷路器，所有數(shù)值與計(jì)算值差距不大時(shí)即開始試驗(yàn)。10 min后，用紅外測(cè)溫儀檢查定子鐵心溫度，確定鐵心最熱點(diǎn)和最冷點(diǎn)，同時(shí)檢查鐵心齒部有無松動(dòng)現(xiàn)象。在整個(gè)試驗(yàn)過程中，應(yīng)隨時(shí)檢查鐵心各部發(fā)熱情況，如發(fā)現(xiàn)有新的過熱點(diǎn)，應(yīng)及時(shí)紀(jì)錄，如有發(fā)現(xiàn)冒煙或發(fā)紅現(xiàn)象，應(yīng)立即停止試驗(yàn)，并對(duì)冒煙或發(fā)紅處作好記號(hào)并及時(shí)處理。

h. 試驗(yàn)期間每隔10 min紀(jì)錄各表計(jì)和各部溫度一次，試驗(yàn)持續(xù)45 min后，試驗(yàn)人員斷開電源斷路器，結(jié)束試驗(yàn)。

i. 試驗(yàn)負(fù)責(zé)人通知運(yùn)行人員停3B循環(huán)水泵斷路器操作電源并將其拉開至檢修位置，合上負(fù)荷側(cè)接地刀閘后，檢修人員拆線。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

2012年初西柏坡電廠3號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了定子邊段鐵心更換工作，并在鐵心更換前和更換后進(jìn)行了鐵心損耗試驗(yàn)，磁通密度接近1.4 T，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

由表1可以看出，鐵心損耗試驗(yàn)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)鐵心存在的問題，并能檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)定子鐵心的完整性，保證了檢修質(zhì)量。該試驗(yàn)方法在西柏坡電廠4臺(tái)300 MW和2臺(tái)600 MW發(fā)電機(jī)檢修中也多次成功應(yīng)用。

表1 鐵心更換前、后鐵心損耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)

項(xiàng)目勵(lì)磁電流/A勵(lì)磁電壓/V功率損耗/W磁通密度/GS試驗(yàn)結(jié)果鐵心更換前192 6 150272 00013 160共有34個(gè)段的鐵心齒部溫度脫群鐵心更換后2546 510296 80013 931有19個(gè)段的鐵心齒部溫升較高但沒有超過《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求,滿足運(yùn)行要求

4 試驗(yàn)注意事項(xiàng)

a. 該項(xiàng)試驗(yàn)的實(shí)施重點(diǎn)在于安全性的控制和試驗(yàn)過程中的協(xié)調(diào)調(diào)度管理，制訂相關(guān)的技術(shù)措施和組織措施，才能保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行。試驗(yàn)準(zhǔn)備階段需要注意勵(lì)磁電纜的選擇，因?yàn)樵囼?yàn)時(shí)電纜需纏在發(fā)電機(jī)本體上，所以電纜的絕緣強(qiáng)度必須高。電纜載流性好，散熱快，便于在發(fā)電機(jī)本體上纏繞。電纜為移動(dòng)敷設(shè)，拆裝頻繁，電纜絕緣、護(hù)套、導(dǎo)體應(yīng)具有相應(yīng)的機(jī)械強(qiáng)度。

b. 試驗(yàn)場(chǎng)地涉及的范圍較大，需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，在電纜敷設(shè)通道、電源間隔、發(fā)電機(jī)周邊、試驗(yàn)儀器旁等地點(diǎn)設(shè)置必要的圍欄，并由專人監(jiān)護(hù)。試驗(yàn)過程中注意電纜的防護(hù)，定子膛內(nèi)應(yīng)將勵(lì)磁電纜和測(cè)試線圈用絕緣棒支撐，電纜經(jīng)過的邊角位置應(yīng)進(jìn)行防護(hù)和固定，檢查接線的正確性，并在試驗(yàn)前進(jìn)行6 kV系統(tǒng)額定電壓下的直流泄漏試驗(yàn)，檢查電纜的絕緣性能。試驗(yàn)過程中由試驗(yàn)負(fù)責(zé)人統(tǒng)一指揮和調(diào)度，進(jìn)入定子膛內(nèi)應(yīng)由有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的試驗(yàn)人員擔(dān)任試驗(yàn)負(fù)責(zé)人。