定子铁损试验分析
600MW汽轮发电机定子铁芯损耗试验
600MW汽轮发电机定子铁芯损耗试验【摘要】汽轮发电机在铁芯硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，造成片间短路，从而引起局部过热，需要对定子铁芯的绝缘状况进行重点检查，铁心损耗试验是检查定子铁芯最直接和有效的方法。
【关键词】汽轮发电机；铁心损耗实验；绝缘损坏1.引言汽轮发电机定子铁芯是由薄硅钢片叠装而成，在铁芯硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，从而造成片间短路。
为了防止叠装片间短路引起局部过热，需要进行定子铁芯的铁损试验，以计算铁芯单位质量的损耗，测量铁芯齿部和轭部的温度，检查各个部分温升是否超过规定值，从而综合判断铁芯片间绝缘是否良好。
本文对以ALSTOM 50WT23E-138机型举例说明铁损试验的试验过程与试验结果。
2.铁损试验的试验过程2.1 50WT23E-138型600MW汽轮发电机简介50WT23E-138型600MW汽轮发电机如图1所示，为隐极式二极发电机，采用水、氢、氢冷却方式，即定子线圈直接水内冷，转子线圈直接氢内冷，定子铁芯及端部结构为氢外冷。
发电机的励磁系统采用机端自并励静止励磁系统。
该发电机在结构上与国产600MW发电机有较大的不同。
50WT23E-138型600MW汽轮发电机额定容量为716MV A，额定电压为22000V，额定电流为18790A，励磁电压为473V，励磁电流为4879A，功率因数为0.9（滞后），额定转速为3000rpm，额定氢压：4bar。
图1 汽轮发电机模型定子铁芯两端的压圈采用M330-50A型0.5mm硅钢片叠装而成，然后用真空压力浸渍成型，装配后起到磁屏蔽作用，避免铁芯端部局部过热，此装置取代了国产600MW发电机常用的压圈加铜屏蔽的结构。
铁芯每层由10.5张冲片螺旋叠装而成，铁芯轭部和21根铝筋连接，铝筋和铁梁把合，铁梁再通过“U”型块与机座环板焊接，起到减震作用。
铁芯轴向位置有21根拉紧穿心螺杆，径向中间位置设有通风区域。
大型水轮发电机定子铁损现场试验方法
检验铁芯制造及 叠装质量 。介绍试验采 用的计算方 法及原理 ，试验程序及 步骤 ，试验 结果整理分析 及试验 注 意事项等 。
关键 词 水 轮 发 电机 定 子 铁 损 铁 芯 叠装 试 验
０ 引言
大 型水 轮发 电机定 子 受运 输 尺 寸 及 重 量 等 的 限制 ，其
磁 绕 组 电流 Ｊ 、励磁 电源容 量 及 测量 线 圈 匝数 。
定 子铁 芯 典 型 断面 如 图 １ 所 示 。Ｌ 为 定 子 铁 芯 有 效 高 度 ，ｍ；ｈ 为定 子铁 芯 轭 部 宽 度 ，ｍ； Ｋ 为 定 子铁 芯 压 紧 系数 ，硅 钢片 间 用漆 绝 缘 的取 ０ ． ９ ３ ４０ ． ９ ５ ，用 纸绝 缘 的取 ０ ． ９ ；ｈ 为 定 子铁 芯 总 高度 ，ｍ；ｄ 为 定 子 铁 芯 内 径 ，ｍ； ｄ 为定 子 铁 芯外 径 ，ｍ；ｂ 为定 子 铁 芯通 风槽 宽 度 ，ｍ ；
） ×１ ０ 安 匝／ ｍ。
２ 试 验 前 的计 算
铁损试验前需计算 的参数包 括励磁线 圈匝数 ｗ 、励
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ２ — ２ ０
作者简介 ： 杨海龙（ １ ９ ７ ６ 一 ） ， 全 国一级 注册 建造 师 ， 注册监理工程 师， 从 事设计 、 技 术研 究与管理工作 ； 胡鑫凡（ １ ９ ６ ３ 一 ） ， 高级 工程 师， 注册
杨 海龙 ，胡 鑫 凡
（ 黄河勘 测规 划设 计有 限公 司 ，郑 州 ４ ５ ０ ０ ０ ０ ）
［ 摘 要］ 大 型 水 轮 发 电机 定 子 需 在 工 地 现 场 进 行 定 子 机 座 组 圆和 铁 芯 叠装 ， 因此 需在 工 地 现 场 进 行 定 子 铁 损 试 验 ， 以
3#普定电站发电机定子铁损试验
3#普定电站发电机定子铁损试验郑平;杨戟【摘要】普定水电站3#机组增效扩容工程的定子因为外形尺寸比较大,若在制造厂内组装成整体后因受交通条件限制无法运输到现场,因此定子机座分为三瓣及定位筋、冲片、线圈等零部件运输到电站现场,在现场组装、叠冲片和镶嵌线棒、试验等工序.其中定子铁损试验是个相当关键的一个试验,铁损试验是在冲片叠装完成及压紧螺栓压紧后进行,通过测量单位铁损及温升的方法检查验证定子冲片制造质量和冲片叠装质量,定子铁芯为发电机的心脏部件,对机组的长期安全运行至关重要.通过对普定水电站3#机组定子铁损试验的成功实施,试验后收集有关资料进行分析、研究,对发电机组定子铁损试验提供一些经验及模版借鉴.【期刊名称】《湖南水利水电》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】4页(P102-104,108)【关键词】普定水电站;铁损试验;励磁容量;试验标准;总铁损;最大温升;最大温差【作者】郑平;杨戟【作者单位】贵州省水利投资集团公司贵阳市 550000;贵州省水利投资集团公司贵阳市 550000【正文语种】中文1 概述定子铁损试验是在定子铁芯堆积、初步压紧完成后进行，其目的就是确认定子铁芯硅钢片设计制造、现场堆积、压紧等整体质量，检查铁片间是否有短路情况，绝缘是否良好。
为了防止运行中因片间短路引起局部过热，甚至威胁到机组的安全运行,现场叠装的定子铁芯必须进行铁损试验，通过测量单位铁损及温升的方法检查叠片质量,同时可以通过试验时的振动和发热使铁芯下沉，达到仅由加压所不能达到的进一步压紧铁芯的目的。
铁损试验为水电站的重大电气试验项目之一，其区别于其它电气试验的突出特点是，试验前后需进行较为复杂的数据计算。
普定水电站位于乌江上游南源贵州省普定县三岔河中游，距贵阳市125 km。
原总装机容量75 MW，装设3台25 MW立轴混流式水轮发电机组。
对电站机组进行增容改造，改造后总装机容量为87 MW，装设3台单机容量29 MW的立轴混流水轮发电机组。
大型发电机定子铁心损耗试验分析
大型发电机定子铁心损耗试验分析范林;赵海涛;李新平;李庆;赵东慧【摘要】针对河北西柏坡发电有限责任公司发电机定子铁心存在的缺陷,分析利用6 kV厂用电进行发电机定子铁心损耗试验的可行性,介绍试验参数计算方法和试验步骤,结果表明铁心损耗试验能够有效地对发电机铁心状况作出判断.【期刊名称】《河北电力技术》【年(卷),期】2012(031)006【总页数】3页(P18-19,42)【关键词】发电机;定子铁心;损耗试验【作者】范林;赵海涛;李新平;李庆;赵东慧【作者单位】河北西柏坡发电有限责任公司,石家庄 050400;河北西柏坡发电有限责任公司,石家庄 050400;河北西柏坡发电有限责任公司,石家庄 050400;河北西柏坡发电有限责任公司,石家庄 050400;河北电信设计咨询有限公司,石家庄050021【正文语种】中文【中图分类】TM8351 概述发电机定子铁心是由硅钢片叠压组装而成，由于装配和制造的原因以及运行中的热和机械力的作用，造成硅钢片片间绝缘损坏，铁心局部短路发热，严重时会损坏定子线棒绝缘，造成停机事故。
河北西柏坡发电有限责任公司(简称“西柏坡电厂”)共有哈尔滨电机厂生产的QFSN-300-2型汽轮发电机4台，QFSN-600-2YHG型汽轮发电机2台，在历次的大修中，发现300 MW发电机定子铁心多次发生齿部折断、片间磨损、过热等缺陷。
定子铁心损耗试验是检验发电机定子铁心装配质量的重要方法,也是检验铁心自身绝缘性能的重要工序，通过该项试验能够发现定子铁心存在的缺陷，避免因人为检查造成的疏漏。
为此西柏坡电厂利用6 kV厂用电系统，开展了发电机定子铁心损耗试验，在随后的发电机抽转子检修时作为定检项目，多次发现发电机定子铁心的隐含问题，并在缺陷处理后进行复测，保证了发电机大修后，定子铁心温升合格，片间绝缘的状态良好。
以下以西柏坡电厂的QFSN-300-2型3号汽轮发电机为例进行分析。
2 试验方案2.1 可行性分析2.1.1 电源容量及运行方式发电机所处12.6 m平台，6 kV配电室位于其下方6.5 m的平台上，电源选取方便，启动备用变压器为有载调压，系统电压调整方便。
高速电机定子铁耗分析
• 22•为了准确地计算电机铁心损耗，本文通过Ansoft 软件进行建模仿真，研究了定子铁心一个齿距范围内任意点的磁化特点，并对只考虑交变磁化和既考虑交变又考虑旋转磁化的两种铁耗分离模型，分别采用平均磁通密度和每个剖分单元磁通密度的方法，对以上两种计算方法进行了对比分析。
结果显示，考虑旋转磁化的铁耗计算模型能够获得更大的计算结果。
1 引言高速永磁同步电机具有效率高，功率密度大，体积小、重量轻等优点，在电驱动领域和运动控制等方面有着广泛的应用前景（崔杨，胡虔生，黄允凯，任意频率正弦波条件下铁磁材料损耗计算：微电机，2007；江善林，高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算：哈尔滨工业大学，2010）。
对于定子铁心，不仅存在交变磁场，也存在旋转磁场。
为了准确地计算电机铁心损耗，本文通过Ansoft 软件进行建模仿真，研究了定子铁心一个齿距范围内任意点的磁化特点，同时采用平均磁通密度和每个单元剖分法对仅考虑交变磁化磁化影响和考虑谐波和旋转磁化的铁心分离模型进行了对比分析。
图1 速电机结构图2 定子铁心内磁场特性分析定子铁心各处磁场分布特点各不相同，本文利用Ansoft 软件建立了电机模型，并对电机模型进行时步有限元仿真，为了清楚的分析不同位置处的磁场分布特性，在定子齿上和定子轭上各取3点，分别为a ，b ，c ，d ，e ，f ，如图1所示。
定子铁心不同位置下的径向Br 和切向Bq 磁通密度分布能够通过有限元分析获得，如图2所示。
由图2可以看出，对于定子齿的磁通分布特点，既有交变磁场也有旋转磁场。
其中定子齿部靠近中间的位置更接近交变磁化特性。
而定子轭部更多的是旋转磁化特性，而旋转磁化特性会带来更多的谐波。
因此，在定子铁心的计算中，两种磁化特性的影响都需要考虑。
图2 定子铁心磁通密度分布• 23•3 基于Bertotti铁耗分离模型仅考虑交变磁化时，Bertotti铁耗计算模型如下（唐任远等，现代永磁电机理论与设计：机械工业出版社，2000）：(1)其中，P Fe为总的铁心损耗，P h为磁滞铁心损耗，P c为涡流铁心损耗，P e为杂散损耗，B p为定子铁心磁通密度的幅值，K h为铁心磁滞损耗系数，α为损耗次幂，k c为涡流损耗系数，k e为杂散损耗系数。
#9发电机定子铁芯损耗试验技术方案
技术方案项目名称：#9发电机定子铁芯损耗试验编制：审核：会签：批准：天津军粮城发电有限公司2011年7月26日发电机定子铁芯是由硅钢片叠合组装而成的。
由于制造和检修可能存在的质量不良，或在运行中，由于热和机械力的作用，可引起片间绝缘损坏，造成短路，在短路区域形成局部过热，引起发动机定子线圈绝缘损伤，从而威胁机组的安全运行。
所以发电机在交接时或运行中，对铁芯绝缘有怀疑时，或铁芯全部或局部修理后，或发电机定子打槽楔前后，需进行定子铁芯的损耗试验，以测量铁芯单位质量的损耗，测量铁轭和齿的温度，检查各部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。
一试验目的通过发电机定子铁芯损耗试验测量定子铁芯单位损耗，测量铁轭和齿部温度，检查各部温升是否超过标准值，综合判定片间绝缘是否良好，有无短路。
二发电机参数型号：QFSN-350-2 额定功率：350MW 额定电压：20kV 额定电流：11887A 功率因数：0.85 频率：50Hz 转速：3000r/min 定转子绝缘等级：F 生产厂家：哈尔滨电机厂有限责任公司投运日期：2010年7月三试验依据及标准1 DL/T596-1996 《电力设备预防性试验规程》与华北电网有限公司《电力设备交接和预防性试验规程》。
2 磁密在1T下持续试验时间为90min，齿的最高温升不大于25K，齿的最大温差不大于15K，单位损耗不大于1.3倍参考值。
对直径较大的发电机试验时应注意校正由于磁通密度分布不均匀所引起的误差。
3 试验时的各部分温升及损耗值与出厂值比较应无明显增大。
三试验方法1 试验原理接线定子铁损试验一般接线如图1所示，由于励磁线圈W1和测量线圈W2集中布置，对大型发电机因其漏磁对试验结果影响较大。
图中测量线圈W2应布置于磁通均匀或接近均匀的区域。
将发电机转子抽出后，定子绕组应三相短路接地。
如定子绕组有尚未消除的接地点时，则绕组只需短路，不可再接地，以免多点接地使铁芯烧坏。
水轮发电机定子铁芯变形及铁芯损耗试验分析
次 电压 ：６ ５ ３ １ ．４√
１ ．５√ ５７ ３
１ ．６பைடு நூலகம்３ ４９ √
（Ｖ） ｋ
二 次 电压 ：６ ． ８４５
一
９０ １ ９ ９ ９５ ８ ９０ ０
９ ５５ ５ ． １４ ０
（ Ｖ） （ Ａ） （ Ａ） （Ｖ ｋ Ａ）
次 电流 ：４ ９
二次 电流 ： 额定 容量 ：
铁芯截 面积 ：
Ｓ＝ｈ ＸＬ ｆ ７ ２Ｘ１ ９ ８ ＝５ ６ ．４ｍ２ ｉ ｅ＝２ ． ８ ８ １４ ７ ｃ
３ 定子 铁芯 平均 直径 Ｄ ｐ ｃ
Ｄｃ ｐ＝ＤＩ ｊ １ ２ ８ ｍ —ｈ＝１９ ．ｃ
４ ．定 子轭 部重 Ｇ ｊ
硅 钢片 制造厂 提供硅 钢片 密度 ｒ ．５ ｇｃ ３ ＝７６ｋ ／ｍ
８ ．励 磁 导线 的选择 由于励 磁 电流估 算 为 ３８ 励磁 绕组 选 用截 面 积不 小 于 （Ｏ×３ ｍｍ２ ５Ａ， ７ ） 的软 铜绝缘 导线 ； 测量
Ｉ ａ ｅ／ ） ＝（ Ｄ ｐ Ｗ１ ×
Ｗｌ ＝９匝
０ ＝（ ．４ １ ２ ８ ９ ×０ ８ ＝３ ８ Ｉ ３ １ ×１９ ． ／ ） ．６ ５ Ａ ７ ．试 验 电源 选用 发 电机 的励 磁变 压器 Ｂ相作 试验 电源 ， 型号 Ｚ Ｄ Ｔ一９０ １Ｔ 单 相 。 ＬＧ ０ ／５ Ｈ，
定 子通 风沟 宽 ：ｕ ．ｃ ｂ ＝０ ８ ｍ
５３
维普资讯
定 子迭压 系数 ： Ｋ＝０ ９ ．４
２ ．定子 铁芯轭 部 面积计算 铁 轭高 ：
ｈ＝（ １ ／ ｊ Ｄ 一Ｄ ）２一（ｓ ． ） １２ ｈ ＋０ ５ ＝（ ２ ｏ一１ ２ ）２ １ ． ＋０ ５ ＝２ ．ｃ １５ ／ 一（９ ８ ． ） ７ ２ ｍ 铁 芯轴 向有 效长 度 ： Ｌｆ ｅ＝Ｋ（ ｔ ｕ ２ ＝０ ９ ×（４ ． —０ ８ ２ ＝１ ９ ８ ｃ Ｌ —ｂ Ｘ１ ） ．４ ２ ３ ６ ． ×５ ） ８ ．８ｍ
乌江思林水电站水轮发电机定子铁损试验
通交流电源 ， 在定子铁心中产生一定强度的交变 磁场 ， 那么在定子 铁心及机 座产生涡流和 磁滞
・
定子铁心平均温度Ｉ￣以上的， Ｏ Ｃ 则Байду номын сангаас为该点为过 热点。 对于定子铁心平均温度超过定子机座温度
（ 后 ） 额 定 频 率 ５Ｈｚ 滞 、 ０ 。
（ ） 钢 片 型号 ： 轧 Ｑ２ ０５ ２硅 冷 ７ ．。
６ 试 验 准 备
（） １ 准备 工作
试 验前， 将本体及周 围的杂物清理干净 。 特
别 注 意 检 查 定 子槽 内的整 形 块 要 取 出 ， 表面 、 齿 槽底 铁 心 损伤 处 必 须 修 复 。 定子 机架 与基 础 可靠 固定 。 子外 须壳 妥 善 接 地 。 定 （ ） 绕励 磁 绕 组 ２缠
度 ｂ ００ ６ 定 子 铁 心 叠 压 系数 ｋ ０９ 、 磁 为 ．０ ｍ、 为 ．５ 励
励磁线圈时， 电缆要拉紧， 并贴在铁心齿表面上， 不得放 入铁心 槽 内， 铁心棱 角处加 垫绝 缘橡 在 皮， 提高绝缘 强度 。
（） ３ 缠绕 测 量 绕 组 按 计 算值 测 量线 圈２ ， 量 线 圈 采用 ２ ， 匝 测 匝
Ｐ ｗ ｒ ｌｎ ｉ ｅＷｕ ｉｎ ｏ ｅ Ｐ ａ ｔｎ ｔ ｈ ｊａ ｇＲｉｅ ｖｒ
ＧｅＭ ｉ ｙ ｇ Ｇｕｏ Ｌｅ ｎｇ ａｎ ｉ
Ｇ ｉｈ ｏ ｊ ｎ ｔｒ ｏ ｒ ｖ ｌｐ ｎ ｏ，ｔ ｕｚ ｕ ｇＷａｅ ｗｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ． ｄ Ｗｕｉ ａ Ｐ Ｄｅ Ｃ Ｌ
升， 并根据试验数值计算出单位 重量铁心损耗。 把温升和单位重 量铁心损耗 折算成标 准磁通量 （．Ｔ 下的数值 ， １ ） ０ 并与硅 钢片制造 厂所提供 的 单位重 量铁 心损耗 设计值 和国家相关标准规定 进行比较 ， 从而达到判别铁心制造、 安装质量的
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###电站2#机定子铁损试验压降分析
一、试验目的
铁芯磁化试验是在定子铁芯堆积、初步压紧完成后进行，其目的就是确
认定子铁芯硅钢片设计制造、现场堆积、压紧等整体质量，检查铁片间是否有短
路情况，绝缘是否良好。发电机定子铁芯是由薄硅钢片现场叠装而成，在铁芯硅
钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏，从而造成片间短路。为
了防止运行中因片间短路引起局部过热，甚至威胁到机组的安全运行，在现场定
子铁芯组装完成后，必须进行铁芯磁化试验。
二、 试验基本原理及方法
在发电机定子铁片堆积、压紧后的铁芯上缠绕励磁绕组，绕组中通入一定的
工频电流，使之在铁芯内部产生接近饱和状态的交变磁通，通常取激磁磁感应强
度为1~1.2 T，铁芯在交变磁通中产生涡流和磁滞损耗，使铁芯发热，温度很快
升高。同时，使那些铁芯中片间绝缘受损或劣化部分产生较大的局部涡流，温度
急剧上升，从而找出过热点。试验中用红外线测温枪与酒精温度计测出定子铁芯、
上下齿压板及定子机座的温度，计算出温升和温差；用红外线测温仪扫描查找定
子铁芯局部过热点及辅助测温；在铁芯上缠绕测量绕组，测出铁芯中不同时刻的
磁感应强度，并根据测得的励磁电流、电压计算出铁芯的有功损耗。把测量、计
算结果与设计要求相比较，来判断定子铁芯的制造、安装整体质量。
三、 基本参数
试验前需要计算励磁绕组的匝数、励磁电流大小及变压器的容量，计算中用到的
基本参数如下。
铁芯外径：D1=6700mm
铁芯内径：D2=6000mm
铁芯高度：L1=1506 mm
通风沟宽度：b=6mm
通风沟数：n=41
定子槽深：hc=137mm
叠压系数：K1取1
铁心有效高度：L=K1(L1-n* b)=1*（1506-41*6）=1260mm
铁心轭部高度：h=(D1-D2)/2- hc=213mm
铁芯有效截面积：Q=L*h=0.26838m2
励磁绕组安匝数：AW=π*(D1-h)*aw=3870.1442(安匝)
aw单位长度安匝数取1.9安匝/cm、
单匝测量线圈电压：U=4.44*f*Q*B=4.44*f* L*h *B=59.58V
B—试验磁通密度，计算时取B=1T f电源频率取50Hz
四、试验电源的选择及试验接线方式
1、试验电源的选择
试验电源电压的选择根据施工现场电源电压等级有400V和10kV。
若选择400V作为试验电源，则励磁绕组匝数n1：
n1=400/59.58=6.7 取n1=7匝
则励磁电流I=3870.1442/7=552.87A
试验电源容量S=√3*U*I=1.732*400*552.87=383028.336VA
现场有两台施工变压器容量满足要求，接线也比较方便，决定采用400V作
为试验电源。
2、试验用电缆的选择
为了试验安全，励磁电缆采用一根185mm2的单芯铜电缆，所需要长度大约：
100米；测量线圈用4mm2塑料铜软导线。
3、试验接线方式
为了确保试验和供电安全，在定子铁芯附近设置600A空气开关， 电源从
施工变压器上取得，励磁线圈采用按2个部分分布，分别缠绕3匝、4匝；测量
绕组绕2圈。定子铁损试验接线布置见下面示意图
五、 试验过程
六、 试验压降分析
在试验前测出励磁电源电压为408V，实际励磁电压为352V。计算后得出
单位铁损最大为1.901W/kg，由于未知原因引起的单位铁损偏大。经研究后决定
重新进行试验，这时实际励磁电压降为217V，得出单位铁损为1.933 W/kg经厂
家技术部门研究后励磁绕组由七匝减至为六匝，试验时实际励磁电压为197V。
单位铁损仍然偏大，对于试验电源电压压降逐渐偏大，我部实验室技术部门经过
研究商讨可能是以下原因造成：
1、绕组电缆和负载本身会引起一定的压降
2、试验施工变压器可能有轻微匝间短路，随着时间匝间短路加剧导致压降
逐渐偏大。
3、系统电压可能不稳定。
七、 结束语
###电站水电站2#定子铁损试验已经完成，在铁损试验数值见（试验记录），
励磁电压偏小，但各部位测点测温正常，其它无异常。至于试验结果是否符合要
求，有待有关方面确认。