一種大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法及裝置，方法包括：將試驗電源的輸出電壓升壓至勵磁電壓，利用可調的補償電容器來補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量，并通過繞設于定子鐵心上的勵磁繞組對定子鐵心進行勵磁，檢測流過勵磁繞組的電流并通過測量繞組檢測的勵磁感應電壓，將流過勵磁繞組的電流、測量繞組輸出的感應電壓輸入鐵心損耗儀計算鐵心損耗；裝置包括升壓變壓器、補償電容器、勵磁繞組、測量繞組和鐵損計算單元。本發(fā)明能夠大幅減小大型發(fā)電機定子鐵心損耗測試所需電源的容量、試驗裝置體積和重量較傳統(tǒng)試驗裝置大幅減小、易于運輸和操作、提供的電源容量和質量滿足試驗要求且不會影響發(fā)電廠用電質量。
【專利說明】
一種大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法及裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測技術，具體涉及一種大型發(fā)電機定子鐵 心損耗檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 大型發(fā)電機定子鐵心由重達數(shù)百噸硅鋼片疊裝而成，為驗證制造、裝配后以及檢 修處理后的發(fā)電機鐵心是否符合實際要求，需要測量鐵心在規(guī)定磁密B=1.4T下的損耗。定 子鐵損試驗試制造廠工序檢查中和發(fā)電廠的發(fā)電機鐵心缺陷處理時必不可少的試驗項目。 發(fā)電機定子鐵損試驗是利用專用的勵磁線圈，在鐵心內部造成交變的磁通(接近飽和狀 態(tài)），使鐵心產生渦流損耗，溫度升高，持續(xù)規(guī)定時間后利用紅外成像儀測量鐵心各部分溫 升，同時利用功率表測量鐵心的勵磁損耗，計算鐵心單位質量的損耗，根據上述兩項試驗結 果按照相關標準判斷鐵心是否合格。600MW以及以上火電機組、大型水電機組定子鐵心損耗 測量的視在容量一般在l〇〇〇kVA左右，試驗使用電壓近千伏，電流上千安培，功率因數(shù)約0.1 ~0 · 2〇
[0003] 為了完成大型發(fā)電機的定子鐵心損耗試驗，可以使用大容量的變壓器直接進行， 這樣鐵心損耗試驗裝置不僅體積重量龐大，運輸和試驗場地的架設難度大，而且單相大負 荷、低功率因數(shù)電源將造成三相供電電源電壓不對稱，產生負序分量及零序分量，影響廠用 電質量。該試驗電源與常規(guī)試驗電源不通用，試驗裝置研制投資額大、工期長、經濟效益低 下且無法增容，難以適應今后發(fā)電機市場發(fā)展的需要。
[0004] 為解決上述問題，國內學者提出用廠用6kV變壓器（如汽機變）替代發(fā)電機鐵心損 耗試驗需要的大容量變壓器，雖然可以解決電源問題，但該方法靈活性差，試驗接線繁瑣， 對廠用電的風險較大，且并不適用于所有電廠的實際情況。目前尚未見到有效解決大型發(fā) 電機鐵損試驗電源的檢測技術方案。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術問題:針對現(xiàn)有技術的上述問題，提供一種能夠大幅減小大 型發(fā)電機定子鐵心損耗測試所需電源的容量、試驗裝置體積和重量較傳統(tǒng)試驗裝置大幅減 小、易于運輸和操作、提供的電源容量和質量滿足試驗要求且不會影響發(fā)電廠用電質量的 大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法及裝置。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0007] 本發(fā)明提供一種大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法，步驟包括：
[0008] 1)將試驗電源的輸出電壓升壓至鐵心損耗檢測所需的勵磁電壓；
[0009] 2)利用可調的補償電容器來補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量；
[0010] 3)通過繞設于定子鐵心上的勵磁繞組對定子鐵心進行勵磁，檢測流過勵磁繞組的 電流并通過繞設于定子鐵心上的測量繞組檢測的勵磁感應電壓；
[0011] 4)將流過勵磁繞組的電流、測量繞組輸出的感應電壓輸入鐵心損耗儀計算鐵心損 耗。
[0012]優(yōu)選地，所述步驟1)中試驗電源的視在功率不小于如式(1)所示的額定視在功率；
[0014]式（1)中，S表示額定視在功率，P表示發(fā)電機定子鐵心損耗的有功功率，Q表示發(fā)電 機定子鐵心損耗中的無功分量，Q。表示補償電容器補償?shù)臒o功分量。
[0015] 優(yōu)選地，所述勵磁繞組、測量繞組之間的平面角度α為90°。
[0016] 優(yōu)選地，所述勵磁繞組的線圈匝數(shù)為1~2匝，所述測量繞組的線圈匝數(shù)為1~2匝。
[0017] 優(yōu)選地，所述步驟4)中鐵心損耗儀計算鐵心損耗的函數(shù)表達式如式(2)所示；
[0018] P{ =UzIeOQSff> (2)
[0019] 式(2)中，Pi表示發(fā)電機定子鐵心損耗，U2表示勵磁感應電壓，Ie表示流過勵磁繞組 的電流，WSf為鐵心損耗儀中的功率表功率因數(shù)。
[0020] 優(yōu)選地，所述步驟2)針對勵磁電壓補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量之前， 還包括對勵磁電壓濾除試驗電源中諧波分量的步驟。
[0021] 本發(fā)明還提供一種大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置，包括升壓變壓器、補償電 容器、勵磁繞組、測量繞組和鐵損計算單元，所述升壓變壓器的輸出端通過補償電容器和勵 磁繞組相連，所述勵磁繞組、測量繞組分別套設于被檢測的發(fā)電機定子鐵心上，所述鐵損計 算單元包括電流檢測模塊、電壓檢測模塊和鐵心損耗儀，所述電流檢測模塊布置于勵磁繞 組和補償電容器的連接導線之間以檢測流過勵磁繞組的電流，所述電壓檢測模塊并聯(lián)布置 于測量繞組的輸出端，所述電流檢測模塊、電壓檢測模塊的輸出端分別與鐵心損耗儀相連。
[0022] 優(yōu)選地，所述補償電容器為可調電容器。
[0023]優(yōu)選地，所述勵磁繞組、測量繞組之間的平面角度α為90°。
[0024] 優(yōu)選地，所述升壓變壓器、補償電容器之間設有用于濾除試驗電源中諧波分量的 平波電抗器。
[0025] 本發(fā)明大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法具有下述優(yōu)點：
[0026] 1、本發(fā)明利用補償電容器來補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量，通過繞設于 定子鐵心上的勵磁繞組對定子鐵心進行勵磁，檢測流過勵磁繞組的電流并通過繞設于定子 鐵心上的測量繞組檢測的勵磁感應電壓，使得鐵心損耗試驗的電源容量可以減小至傳統(tǒng)試 驗方法和裝置容量的1/4~1/5,能夠大幅減小大型發(fā)電機定子鐵心損耗測試所需電源的容 量、提供的電源容量和質量滿足試驗要求且不會影響發(fā)電廠用電質量。
[0027] 2、本發(fā)明方法僅包含升壓、無功分量補償器件，以及勵磁繞組、測量繞組和鐵心損 耗儀，使得大型發(fā)電機鐵心損耗裝置整體體積和重量大大減小，易于運輸、組裝和操作，使 得試驗裝置體積和重量較傳統(tǒng)試驗裝置大幅減小、易于運輸和操作。
[0028] 本發(fā)明大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置為本發(fā)明大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢 測方法對應的裝置，因此同樣也具有本發(fā)明大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法的前述優(yōu) 點，故在此不再贅述。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明實施例方法的基本流程示意圖。
[0030] 圖2為本發(fā)明實施例裝置的結構示意圖。
[0031] 圖例說明：1、升壓變壓器;2、補償電容器;3、勵磁繞組;4、測量繞組;5、鐵損計算單 元;51、電流檢測模塊;52、電壓檢測模塊;53、鐵心損耗儀;6、平波電抗器。
【具體實施方式】
[0032] 下文將以一臺功率為600MW汽輪發(fā)電機的鐵損試驗計算實例，對本實施例大型發(fā) 電機定子鐵心損耗檢測方法及裝置進行進一步的詳細說明。
[0033] I)發(fā)電機定子鐵心的尺寸如下： 外抒 D1 為 267 J35cm; ΛΚ： D2 131.6cm： 厚度h (包括齒高）為67.87cm: 齒高hnl為15.927cm;
[0034] 鐵軛 hjl(hjl=(DUD2)/2-hnl)>'、j 鐵芯填允系數(shù)丨〈為 0.95; 定子鐵芯總長L1為630cm; 通風溝數(shù)η為95個； 通風溝寬度L2為0.6cm。
[0035] II)定子鐵心有效面積的計算。
[0036] 定子鐵心的軸向凈長 Lef (Lef=K(Ll_L2*n))為 544.35cm。
[0037] 定子鐵心有效面積So(S() = Lef*hj 1)為28273.539cm2。
[0038] 定子鐵心重量GFe(廠家提供）為146283.5kg。
[0039] 如圖1所示，本實施例大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法的步驟包括：
[0040] 1)將試驗電源的輸出電壓升壓至鐵心損耗檢測所需的勵磁電壓；
[0041] 2)利用可調的補償電容器來補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量；
[0042] 3)通過繞設于定子鐵心上的勵磁繞組對定子鐵心進行勵磁，檢測流過勵磁繞組的 電流并通過繞設于定子鐵心上的測量繞組檢測的勵磁感應電壓；
[0043] 4)將流過勵磁繞組的電流、測量繞組輸出的感應電壓輸入鐵心損耗儀計算鐵心損 耗。
[0044] 本實施例中，步驟1)中試驗電源的視在功率不小于如式(1)所示的額定視在功率；
[0046]式（1)中，S表示額定視在功率，P表示發(fā)電機定子鐵心損耗的有功功率，Q表示發(fā)電 機定子鐵心損耗中的無功分量，Q。表示補償電容器補償?shù)臒o功分量。
[0047]本實施例中，勵磁繞組、測量繞組之間的平面角度α為90°，使得勵磁繞組產生的磁 通最大限度的垂直穿過測量繞組以減小誤差。
[0048]本實施例中，勵磁繞組的線圈匝數(shù)為1~2匝，測量繞組的線圈匝數(shù)為1~2匝。例如 當施加電壓為UA750V，頻率f為50Hz，磁密Β為1.2Τ時，勵磁繞組的匝數(shù)1滿足下式：
[0050] 上式中，Wi表示勵磁繞組的匝數(shù)，山表示勵磁繞組上施加電壓，f表示磁繞組上施加 電壓的頻率，So表示定子鐵心有效面積，B表示磁密。
[0051] 本實施例中，步驟4)中鐵心損耗儀計算鐵心損耗的函數(shù)表達式如式(2)所示；
[0052] cosf (2、
[0053] 式(2)中，Pi表示發(fā)電機定子鐵心損耗，U2表示勵磁感應電壓，Ie表示流過勵磁繞組 的電流，COS p為鐵心損耗儀中的功率表功率因數(shù)。
[0054] 本實施例中，步驟2)針對勵磁電壓補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量之前， 還包括對勵磁電壓濾除試驗電源中諧波分量的步驟，以防止試驗電源中的高次諧波的干擾 以及在發(fā)電機鐵心中產生的高頻損耗。
[0055] 本實施例中，將勵磁繞組的匝數(shù)1校核表示1匝，則可以計算出校核勵磁繞組的匝 數(shù)W1后得到的磁密B表示1.195T。此時，流過勵磁繞組的電流滿足下式：
[0057] 上式中，Ie表示流過勵磁繞組的電流，Dav表示外徑D1和鐵輒hjl之間的差值(D1-h j 1 = 215.395cm)，1!表示勵磁繞組的匝數(shù)，Ho查B-H曲線后取值1.8。因此，可以確定試驗電 源的視在功率S為：
[0058] S = UiXIe = 750X 1217 = 913.27kVA；
[0059] 上式中，S為試驗電源的視在功率，ΙΛ為勵磁繞組上施加電壓，Ie表示流過勵磁繞組 的電流。按單位硅鋼片鐵耗估計為1.5W/kg，則發(fā)電機整體鐵耗估計數(shù)值為P為219.3kW。將 試驗電源的視在功率S (913.27kVA)、發(fā)電機定子鐵心損耗的有功功率P (219.3kW)，可計算 出發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量Q為886.6kVar。
[0060] 本實施例中采用額定電壓為1000V電容器，電容量C = 4800yF作為補償電容器。運 行電壓U = 750V電壓時補償電容器可提供容性無功為Qc= ω⑶2 = 847.8kVar，其中ω = 2對， f = 50Hz，f表示磁繞組上施加電壓的頻率，C為補償電容器的電容量，U為補償電容器的運行
電壓。補償電容器補償后由試驗電源提供的視在容量為：
[0061] 為了驗證通過電容補償鐵心損耗中的無功分量的功率對比，本實施例中分別對未 采用補償電容、采用補償電容的工況進行了對比，并分別對、補償電容補償?shù)臒o功功率 (kVar)、試驗電源提供的無功功率(kVar)、試驗電源的視在功率(kVA)進行計算得到結果如 表1所示：
[0062] 表1:通過電容補償鐵心損耗中的無功分量的功率對照表：
[0063]
[0064] 參見表1可知，本實施例通過補償電容器補償鐵心損耗中的無功分量相對于沒有 加補償電容器所需的電源容量的0.24倍，能夠大幅減小大型發(fā)電機定子鐵心損耗測試所需 電源的容量，提供的電源容量和質量滿足試驗要求且不會影響發(fā)電廠用電質量。
[0065] 如圖2所示，本實施例大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置包括升壓變壓器1、補償 電容器2、勵磁繞組3、測量繞組4和鐵損計算單元5,升壓變壓器1的輸出端通過補償電容器2 和勵磁繞組3相連，勵磁繞組3、測量繞組4分別套設于被檢測的發(fā)電機定子鐵心上，鐵損計 算單元5包括電流檢測模塊51、電壓檢測模塊52和鐵心損耗儀53,電流檢測模塊51布置于勵 磁繞組3和補償電容器2的連接導線之間以檢測流過勵磁繞組的電流，電壓檢測模塊52并聯(lián) 布置于測量繞組4的輸出端，電流檢測模塊51、電壓檢測模塊52的輸出端分別與鐵心損耗儀 53相連。
[0066] 本實施例中，升壓變壓器1用于將廠用380V試驗電源鐵心損耗檢測所需的600V~ 700V勵磁電壓。補償電容器2是本實施例大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置中的關鍵部件， 它的主要作用是補償發(fā)電機鐵心損耗中的無功分量，這就會使得整個試驗電源容量大大減 小，補償電容器2的理論值為發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量Q。本實施例中，補償電容器 2為可調電容器，從而可以根據不同容量的發(fā)電機的鐵心損耗計算后進行調節(jié)補償發(fā)電機 定子鐵心損耗中的無功分量，使得本實施例的檢測裝置更具普遍適用性。
[0067] 本實施例中，勵磁繞組3、測量繞組4之間的平面角度α為90°，使得勵磁繞組3產生 的磁通最大限度的垂直穿過測量繞組4以減小誤差。勵磁線圈3和測量線圈4使用足夠通流 面積及絕緣強度的試驗電纜制備，匝數(shù)一般都為1~2匝。
[0068] 本實施例中，鐵心損耗儀53將測量到的電流和電壓參數(shù)接入一個低功率因數(shù)的功 率表中顯示鐵心損耗的大小。鐵心損耗儀53計算鐵心損耗的函數(shù)表達式如式(2)所示；
[0069] []=υ,1^〇^φ (2)
[0070] 式(2)中，Pi表示發(fā)電機定子鐵心損耗，U2表示勵磁感應電壓，Ie表示流過勵磁繞組 的電流，cos p為鐵心損耗儀中的功率表功率因數(shù)。
[0071] 本實施例中，升壓變壓器1、補償電容器2之間設有用于濾除試驗電源中諧波分量 的平波電抗器6,平波電抗器6的主要作用是濾除試驗電源中的諧波分量，以防止試驗電源 中的高次諧波的干擾以及在發(fā)電機鐵心中產生的高頻損耗。
[0072] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施 例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域 的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也 應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法，其特征在于步驟包括： 1) 將試驗電源的輸出電壓升壓至鐵心損耗檢測所需的勵磁電壓； 2) 利用可調的補償電容器來補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量； 3) 通過繞設于定子鐵心上的勵磁繞組對定子鐵心進行勵磁，檢測流過勵磁繞組的電流 并通過繞設于定子鐵心上的測量繞組檢測的勵磁感應電壓； 4) 將流過勵磁繞組的電流、測量繞組輸出的感應電壓輸入鐵心損耗儀計算鐵心損耗。2. 根據權利要求1所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法，其特征在于，所述步驟1) 中試驗電源的視在功率不小于如式(1)所示的額定視在功率；(1) 式（1)中，S表示額定視在功率，P表示發(fā)電機定子鐵心損耗的有功功率，Q表示發(fā)電機定 子鐵心損耗中的無功分量，Q。表示補償電容器補償?shù)臒o功分量。3. 根據權利要求1所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法，其特征在于，所述勵磁繞 組、測量繞組之間的平面角度α為90°。4. 根據權利要求1所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法，其特征在于，所述勵磁繞 組的線圈匝數(shù)為1~2匝，所述測量繞組的線圈匝數(shù)為1~2匝。5. 根據權利要求1所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法，其特征在于，所述步驟4) 中鐵心損耗儀計算鐵心損耗的函數(shù)表達式如式(2)所示；(2) 式(2)中，Pi表示發(fā)電機定子鐵心損耗，U2表示勵磁感應電壓，表示流過勵磁繞組的電 流，con"為鐵心損耗儀中的功率表功率因數(shù)。6. 根據權利要求1~5中任意一項所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測方法，其特征在 于，所述步驟2)利用可調的補償電容器來補償發(fā)電機定子鐵心損耗中的無功分量之前，還 包括對勵磁電壓濾除試驗電源中諧波分量的步驟。7. -種大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置，其特征在于:包括升壓變壓器（1)、補償電 容器(2)、勵磁繞組（3)、測量繞組(4)和鐵損計算單元(5)，所述升壓變壓器（1)的輸出端通 過補償電容器(2)和勵磁繞組(3)相連，所述勵磁繞組(3)、測量繞組(4)分別套設于被檢測 的發(fā)電機定子鐵心上，所述鐵損計算單元(5)包括電流檢測模塊(51)、電壓檢測模塊(52)和 鐵心損耗儀(53)，所述電流檢測模塊(51)布置于勵磁繞組(3)和補償電容器(2)的連接導線 之間以檢測流過勵磁繞組的電流，所述電壓檢測模塊(52)并聯(lián)布置于測量繞組(4)的輸出 端，所述電流檢測模塊(51)、電壓檢測模塊(52)的輸出端分別與鐵心損耗儀(53)相連。8. 根據權利要求7所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置，其特征在于:所述補償電 容器(2)為可調電容器。9. 根據權利要求8所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置，其特征在于:所述勵磁繞 組(3)、測量繞組(4)之間的平面角度α為90°。10. 根據權利要求8所述的大型發(fā)電機定子鐵心損耗檢測裝置，其特征在于:所述升壓 變壓器(1)、補償電容器(2)之間設有用于濾除試驗電源中諧波分量的平波電抗器(6)。
【文檔編號】G01R31/34GK105866556SQ201610423807
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】任章鰲, 由凱, 郝劍波, 閆迎, 晏桂林, 徐波
【申請人】湖南省湘電試驗研究院有限公司