大型水轮发电机电气试验研究及相关规程讨论的认识

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 大型水轮发电机电气试验研究及相 关规程讨论的认识 摘要：水轮发电机是水力发电站 主要的动力设备，水流经过水轮机之后 将水能转换为机械能，其可以分为微型 水轮发电机、小型水轮发电机、中型水 轮发电机以及大型水轮发电机。电气试 验是检验发电机安装过程、结果质量的 重要手段，水电站建设过程中必须要做 好水轮机的电气试验。文章对大型水轮 发电机电气试验的相关内容及试验规程 进行了分析。 中国论文网 /8/view-12937166.htm 关键词：大型水轮发电机；电气 试验；试验规程；水力发电站；动力设 备 文献标识码：A -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号：TM301 文章编号： 1009-2374（2017）08-0177-03 DOI：10.13535/ki.11- 4406/n.2017.08.086 随着科学技术及现代工业的迅速 发展，能源危机日益加剧，这极大地推 动了水电市场的发展。近年来，越来越 多的大型水利发电站开始投入建设运行， 水轮发电机是水利发电站中重要的动力 设备，它的正常运行直接关系着水电站 的运行效率及运行质量，因此关于水轮 发电机的研究课题十分受欢迎。电气试 验是检验水轮发电机安装质量的重要手 段，对于确保整个发电机组的安全、稳 定、长期运行有着十分重要的意义。水 轮发电机电气试验过程中需要严格遵守 相关的技术规范及标准进行，只有这样 才能够保证试验结果的精准度，更好地 为水轮机组服务，下文就大型水轮发电 机组电气试验的方法及标准进行探究讨 论，仅为行业内有关人员的工作提供参 考。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 1 大型水轮发电机定子铁芯磁化 试验 1.1 定子铁芯有效面积及励磁线 圈 1.1.1 定子铁芯有效面积计算 （A） 。定子铁芯的有效面积指的是铁芯 轭部高度（L）与有效高度（h）的乘积。 定子铁芯的外径尺寸为 D1，内径为 D2，铁芯的高度为 L1，通风沟的宽度 为 L2，数量为 n，定子槽深记为 b。定 子铁芯的有效高度可以用以下公式进行 计算： L=K1（L1-nL2） 式中：K1 指的是铁芯的叠压系 数。定子铁芯安装过程中，具体的安装 工艺不同，铁芯的叠压系数可能也存在 着一定的区别，一般都是由铁芯的生产 厂家提供的，定子铁芯叠压时如果采用 的是热压工艺，铁芯的叠压系数取 0.97，如果采用的是冷压工艺，铁芯的 叠压系数可以取 0.95，定子铁芯主要影 响的是铁损计算值，对于试验电源的影 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 响较小。 定子铁芯的轭部高度（h）采用 以下公式进行计算： h=（D1-D2 ）/2-b 1.1.2 励磁线圈安匝数（ AW） 。 AW=（D1-h）aw，式中：aw 指的是 定子铁芯单位长度所需要的安匝数，该 数值一般根据铁芯材料的性质决定，就 目前来说，磁感应强度为 1T 时，国产 大中型发电机组中，定子铁芯单位长度 安匝数一般为 2.152.3A 匝/cm，根据 实践经验，大多数情况下都取 1.52A 匝/cm。安匝数会影响到励磁电缆界面 及试验电源容量的选择，进而影响电气 试验的成本及安全性，通常情况下，安 匝数较大时，电气试验更加安全，但与 此同时，试验的成本也会增加，因此必 须要合理选择安匝数。 一匝测量线圈感应电压 U2=4.44fAB，则励磁线圈的匝数 W1=变压器次级电压等级/一匝测量线圈 感应电压，W1 应取整数。铁损电流大 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 小 Im=AW/W1。 励磁电缆选择时，要确保励磁电 流值在导线额定电流值的 50%70%， 不能使用铠装电缆或者铅皮作为导线， 导线必须要保证良好的绝缘性。测量线 圈可以选择比较细的导线，缠绕的圈数 主要根据功率表电压线圈允许数值决定。 1.2 电气试验结果的分析判断及 相关标准 根据相关的气装置安装规程电 气设备交接试验标准规定，试验过程中 的磁通密度为 0.81.0T，按照磁通密 度折算各点的温度时，铁芯齿部最高温 升应小于等于 45，各齿的最大温差应 小于等于 30，如果是新机，齿部温升 应控制在 25以下，温差应控制在 15以下，试验持续的时间应控制在 90min 左右。根据水轮发电机组安装技 术规范的有关规定，大型水轮机定子铁 芯磁化试验过程中，磁感应强度按照 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 1T 进行折算，试验时间控制在 90min， 铁芯处最高温升应小于等于 25K，齿间 相互的最大温差应小于等于 15K，铁芯 与机座之间的温差应严格按照制造厂家 的相关规定进行控制，单位铁损同样需 要符合制造厂商的相关规定，且确保定 子铁芯没有错出现其他异常情况。 试验过程中，按照电气装置安装 规程电气设备交接试验标准，实际的磁 通密度控制在 0.81.0T 之间，试验时 间同样是 90min，水轮发电机定子现场 装配工艺导则规定，磁感应强度应控制 在 1.0T 左右，不得低于 0.9T，试验时 间 90min，除此之外，还有一些相关的 试验规范也对磁感应强度进行了规定， 比如 11.2T、90min，1.5t 以下、 45min，国外的水轮机机组一般采用 11.2T。 实际的定子铁芯磁化试验过程中， 选择 11.2T 的磁通密度，磁化效果较 好，能够保证铁芯内部的磁场尽可能达 到饱和状态，可以更好地考验各个部分 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 的温升，同时随着时间的推移，磁通密 度会呈现下降的趋势，因此试验刚开始 时磁通密度取较大的数值能够确保后期 试验过程中磁通密度始终处于 1T 左右。 现阶段我国的大部分水电站水轮发电机 组都采用的是 1T 左右的磁通密度，磁 化试验的时间大多控制在 90min， 就磁化过程中的单位铁损情况来 说，目前我国基本上所有的规程中都明 确指出，单位铁损必须要符合生产厂家 的相关规定。大型水轮机组的定子铁芯 需要进行现场的叠压，因此制造厂家一 般会给出一个控制值，该数值按照材料 的特征单位损耗乘以一个系数进行计算。 实际的磁化试验中，铁芯的损耗值根据 铁芯的质量及测得的功率损耗进行计算， 一般情况下，铁芯的安装质量与计算质 量可能会存在着较大的区别，一旦出现 单位铁损超标的现象很难进一步处理。 1.3 其他问题 1.3.1 温度测量。铁芯磁化试验 过程中需要测量试验温度，但大型水轮 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 机组的励磁电源多为高压电源，因此使 用酒精温度计进行测量的方法在这里并 不适用，不仅操作不便，读数也不够准 确。相对而言，热电偶测量方法精度较 高，但实际测量过程中布线比较麻烦， 还容易受到强磁场及补偿线长的影响， 误差较大，三峡水电站采用的是红外线 热像仪测量方法，精度高但价格比较昂 贵，现阶段难以普及，因此大型水轮机 组铁芯磁化试验温度测量时可以采用热 电偶方法辅助监测，远红外测温仪重点 监测的方法。 1.3.2 励磁电源选 择。大型水轮发电机磁化试验的励磁电 源应控制在 610kV 之间，电源电压过 低时，励磁电流较大，电缆的截面同样 较大，控制起来不够便捷，电源电压较 小时，励磁电流较小，电缆匝数较多， 电缆缠绕施工十分不方便，也会造成电 缆的浪费，因此 610kV 之间即可，具 体的数值需要根据水轮机组的实际情况 进行合理的选择。 1.3.3 励磁电缆缠绕时串并联方 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 式选择。励磁电缆缠绕时并联或者串联 的方法均可以，两种方法各有优缺点。 串联缠绕时，每匝线圈中电流的大小均 相等，因此不需要考虑局部电路电压的 损耗问题，比较切合实际，但是当电缆 较长时，缠绕施工比较麻烦，一旦需要 临时调整匝数，十分不方便。并联缠绕 的方式施工起来比较简单，如果需要临 时整匝数也比较方便，但试验过程 中需要严格控制每匝线缆的截面、长度， 以免局部支路电缆不均衡，具体采用哪 种缠绕方式需要根据水轮机组实际的工 作情况决定。 2 大型水电机组定子整体试验 2.1 定子绕组交流耐压试验 现阶段我国的定子绕组交流耐压 试验的耐压标准与国外的标准并不一致， 以工地组装的大型发电机组为例，国内 主要采用的是 2 倍额定线电压加上 3kV 的耐压标准。大型发电机耐压试验过程 中需要考虑设备的电压波形、容量、电 压保护、电流保护等问题，现阶段大型 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 发电机耐压主要有串联谐振、并联谐振 及谐振变压器几种，串联谐振波形最好， 发生击穿后对水电机组的损伤最小，但 实际使用过程中容易受到外部电源的影 响，试验时对电源的要求比较高，随着 电压的升高，电源必须要同步调谐，操 作比较困难。另外，两种变压器谐振相 对较差，但操作比较简单，大型发电机 定子耐压试验中，考虑到机组安全性问 题，优先选择串联谐振耐压设备。 2.2 定子绕组绝缘电阻测量 根据相关的国标规定，大型发电 机定子试验过程中需要测量绝缘电阻、 吸收比或极化指数几个重要的参数，尤 其是极化指数非常重要。大型发电机电 容量较大，兆欧表的充电容量不同会导 致测量过程中 15s 及 60s 绝缘电阻值测 量结果存在差异，另外，极化指数不容 易受到环境温度等因素的影响，可信度 较高。 2.3 定子绕组直流耐压试验 国内的相关标准明确规定，直流 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 耐压试验在交流耐压试验之前进行，实 际上，新安装的水轮发电机组十分有必 要进行直流耐压试验，有利于相关工作 人员及时的发现机组的局部缺陷，避免 机组运行或者交流耐压试验过程中出现 各种故障。除此之外，直流耐压试验在 判断机组绝缘受潮等故障时比较准确， 在南方较潮湿的地区尤其需要重视直流 耐压试验。 3 大型水轮发电机转子磁极试验 3.1 绝缘电阻测量 国家相关标准明确规定转子磁极 绝缘电阻采用 1000V 兆欧表进行测量， 励磁电压以 200V 为分界点，低于该数 值时采用 1000V 兆欧表进行测量，超过 时应采用 2500V 兆欧表进行测量。根据 有关国家标准，大型发电机转子磁极整 体耐压标准为 10 倍励磁电压，大于或 者等于 1500V，因此大型发电机转子磁 极绝缘电阻采用 2500V 兆欧表进行测量， 测量过程中需要对绝缘电阻是否放电进 行实时监视，测量结果合格之后才能够 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 进行交流耐压试验。 3.2 磁极交流阻抗测量 磁极交流阻抗测量在判断转子圆 度、磁极挂装工艺等方面都有着重要的 作用，能够十分明显地反映磁极匝间短 路现象，磁极交流阻抗测量必不可少。 根据国家相关的标准，磁极前后交流阻 抗需要分别测量，测量结果没有明显的 变化即可。磁极交流阻抗值能够反映磁 极绕组是否存在匝间短路现象，磁极安 装完成之后即可进行测量，整体试验中 需要进行比较测量。如果测量结果显示 磁极挂装前后转子磁极交流阻抗值合格， 但全部安装连接完成之后再次测量发现 存在着多处不合格的问题，则 （下转第 145 页） （上接第 178 页） 很有可能是因为相关施工人员在 安装过程中踩踏磁极上端部导致磁极出 现匝间短路引起的。 磁极安装过程中，受到种种因素 的限制，磁极交流阻抗值可能会存在着 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 一定的误差，此时需要详细