本實(shí)用新型涉及大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

大型發(fā)電機(jī)定子鐵心由重達(dá)數(shù)百噸硅鋼片疊裝而成，為驗(yàn)證制造、裝配后以及檢修處理后的發(fā)電機(jī)鐵心是否符合實(shí)際要求，需要測(cè)量鐵心在規(guī)定磁密B＝1.4T下的損耗。定子鐵損試驗(yàn)試制造廠工序檢查中和發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)鐵心缺陷處理時(shí)必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。發(fā)電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)是利用專用的勵(lì)磁線圈，在鐵心內(nèi)部造成交變的磁通(接近飽和狀態(tài))，使鐵心產(chǎn)生渦流損耗，溫度升高，持續(xù)規(guī)定時(shí)間后利用紅外成像儀測(cè)量鐵心各部分溫升，同時(shí)利用功率表測(cè)量鐵心的勵(lì)磁損耗，計(jì)算鐵心單位質(zhì)量的損耗，根據(jù)上述兩項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)判斷鐵心是否合格。600MW以及以上火電機(jī)組、大型水電機(jī)組定子鐵心損耗測(cè)量的視在容量一般在1000kVA左右，試驗(yàn)使用電壓近千伏，電流上千安培，功率因數(shù)約0.1～0.2。

為了完成大型發(fā)電機(jī)的定子鐵心損耗試驗(yàn)，可以使用大容量的變壓器直接進(jìn)行，這樣鐵心損耗試驗(yàn)裝置不僅體積重量龐大，運(yùn)輸和試驗(yàn)場(chǎng)地的架設(shè)難度大，而且單相大負(fù)荷、低功率因數(shù)電源將造成三相供電電源電壓不對(duì)稱，產(chǎn)生負(fù)序分量及零序分量，影響廠用電質(zhì)量。該試驗(yàn)電源與常規(guī)試驗(yàn)電源不通用，試驗(yàn)裝置研制投資額大、工期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)效益低下且無法增容，難以適應(yīng)今后發(fā)電機(jī)市場(chǎng)發(fā)展的需要。

為解決上述問題，國(guó)內(nèi)學(xué)者提出用廠用6kV變壓器(如汽機(jī)變)替代發(fā)電機(jī)鐵心損耗試驗(yàn)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(yàn)接線繁瑣，對(duì)廠用電的風(fēng)險(xiǎn)較大，且并不適用于所有電廠的實(shí)際情況。目前尚未見到有效解決大型發(fā)電機(jī)鐵損試驗(yàn)電源的檢測(cè)技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供一種能夠大幅減小大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗測(cè)試所需電源的容量、試驗(yàn)裝置體積和重量較傳統(tǒng)試驗(yàn)裝置大幅減小、易于運(yùn)輸和操作、提供的電源容量和質(zhì)量滿足試驗(yàn)要求且不會(huì)影響發(fā)電廠用電質(zhì)量的大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

一種大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)裝置，包括升壓變壓器、補(bǔ)償電容器、勵(lì)磁繞組、測(cè)量繞組和鐵損計(jì)算單元，所述升壓變壓器的輸出端通過補(bǔ)償電容器和勵(lì)磁繞組相連，所述勵(lì)磁繞組、測(cè)量繞組分別套設(shè)于被檢測(cè)的發(fā)電機(jī)定子鐵心上，所述鐵損計(jì)算單元包括電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊和鐵心損耗儀，所述電流檢測(cè)模塊布置于勵(lì)磁繞組和補(bǔ)償電容器的連接導(dǎo)線之間以檢測(cè)流過勵(lì)磁繞組的電流，所述電壓檢測(cè)模塊并聯(lián)布置于測(cè)量繞組的輸出端，所述電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊的輸出端分別與鐵心損耗儀相連。

優(yōu)選地，所述補(bǔ)償電容器為可調(diào)電容器。

優(yōu)選地，所述勵(lì)磁繞組、測(cè)量繞組之間的平面角度α為90°。

優(yōu)選地，所述升壓變壓器、補(bǔ)償電容器之間設(shè)有用于濾除試驗(yàn)電源中諧波分量的平波電抗器。

本實(shí)用新型大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)裝置具有下述優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型利用補(bǔ)償電容器來補(bǔ)償發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗中的無功分量，通過繞設(shè)于定子鐵心上的勵(lì)磁繞組對(duì)定子鐵心進(jìn)行勵(lì)磁，檢測(cè)流過勵(lì)磁繞組的電流并通過繞設(shè)于定子鐵心上的測(cè)量繞組檢測(cè)的勵(lì)磁感應(yīng)電壓，使得鐵心損耗試驗(yàn)的電源容量可以減小至傳統(tǒng)試驗(yàn)方法和裝置容量的1/4～1/5，能夠大幅減小大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗測(cè)試所需電源的容量、提供的電源容量和質(zhì)量滿足試驗(yàn)要求且不會(huì)影響發(fā)電廠用電質(zhì)量。

2、本實(shí)用新型僅包含升壓、無功分量補(bǔ)償器件，以及勵(lì)磁繞組、測(cè)量繞組和鐵心損耗儀，使得大型發(fā)電機(jī)鐵心損耗裝置整體體積和重量大大減小，易于運(yùn)輸、組裝和操作，使得試驗(yàn)裝置體積和重量較傳統(tǒng)試驗(yàn)裝置大幅減小、易于運(yùn)輸和操作。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例方法的基本流程示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖例說明：1、升壓變壓器；2、補(bǔ)償電容器；3、勵(lì)磁繞組；4、測(cè)量繞組；5、鐵損計(jì)算單元；51、電流檢測(cè)模塊；52、電壓檢測(cè)模塊；53、鐵心損耗儀；6、平波電抗器。

具體實(shí)施方式

下文將以一臺(tái)功率為600MW汽輪發(fā)電機(jī)的鐵損試驗(yàn)計(jì)算實(shí)例，對(duì)本實(shí)施例大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)方法及裝置進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

I)發(fā)電機(jī)定子鐵心的尺寸如下：

通風(fēng)溝寬度L2為0.6cm。

II)定子鐵心有效面積的計(jì)算。

定子鐵心的軸向凈長(zhǎng)Lef(Lef＝K(L1-L2*n))為544.35cm。

定子鐵心有效面積S₀(S₀＝Lef*hj1)為28273.539cm2。

定子鐵心重量GFe(廠家提供)為146283.5kg。

如圖1所示，本實(shí)施例大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)方法的步驟包括：

1)將試驗(yàn)電源的輸出電壓升壓至鐵心損耗檢測(cè)所需的勵(lì)磁電壓；

2)利用可調(diào)的補(bǔ)償電容器來補(bǔ)償發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗中的無功分量；

3)通過繞設(shè)于定子鐵心上的勵(lì)磁繞組對(duì)定子鐵心進(jìn)行勵(lì)磁，檢測(cè)流過勵(lì)磁繞組的電流并通過繞設(shè)于定子鐵心上的測(cè)量繞組檢測(cè)的勵(lì)磁感應(yīng)電壓；

4)將流過勵(lì)磁繞組的電流、測(cè)量繞組輸出的感應(yīng)電壓輸入鐵心損耗儀計(jì)算鐵心損耗。

本實(shí)施例中，步驟1)中試驗(yàn)電源的視在功率不小于如式(1)所示的額定視在功率；

$S=\sqrt{P^2+{(Q-Q_c)}^2}---\left(1\right)$

式(1)中，S表示額定視在功率，P表示發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗的有功功率，Q表示發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗中的無功分量，Q_c表示補(bǔ)償電容器補(bǔ)償?shù)臒o功分量。

本實(shí)施例中，勵(lì)磁繞組、測(cè)量繞組之間的平面角度α為90°，使得勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通最大限度的垂直穿過測(cè)量繞組以減小誤差。

本實(shí)施例中，勵(lì)磁繞組的線圈匝數(shù)為1～2匝，測(cè)量繞組的線圈匝數(shù)為1～2匝。例如當(dāng)施加電壓為U₁為750V，頻率f為50Hz，磁密B為1.2T時(shí)，勵(lì)磁繞組的匝數(shù)W₁滿足下式：

上式中，W₁表示勵(lì)磁繞組的匝數(shù)，U₁表示勵(lì)磁繞組上施加電壓，f表示磁繞組上施加電壓的頻率，S₀表示定子鐵心有效面積，B表示磁密。

本實(shí)施例中，步驟4)中鐵心損耗儀計(jì)算鐵心損耗的函數(shù)表達(dá)式如式(2)所示；

式(2)中，P₁表示發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗，U₂表示勵(lì)磁感應(yīng)電壓，I_e表示流過勵(lì)磁繞組的電流，為鐵心損耗儀中的功率表功率因數(shù)。

本實(shí)施例中，步驟2)針對(duì)勵(lì)磁電壓補(bǔ)償發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗中的無功分量之前，還包括對(duì)勵(lì)磁電壓濾除試驗(yàn)電源中諧波分量的步驟，以防止試驗(yàn)電源中的高次諧波的干擾以及在發(fā)電機(jī)鐵心中產(chǎn)生的高頻損耗。

本實(shí)施例中，將勵(lì)磁繞組的匝數(shù)W₁校核表示1匝，則可以計(jì)算出校核勵(lì)磁繞組的匝數(shù)Wl后得到的磁密B表示1.195T。此時(shí)，流過勵(lì)磁繞組的電流滿足下式：

$I_e=\frac{\mathrm{\π}\×D_{av}\×H_0}{W_1}=1217A$

上式中，I_e表示流過勵(lì)磁繞組的電流，D_av表示外徑D1和鐵軛hj1之間的差值(D1-hj1＝215.395cm)，W₁表示勵(lì)磁繞組的匝數(shù)，H₀查B-H曲線后取值1.8。因此，可以確定試驗(yàn)電源的視在功率S為：

S＝U₁×I_e＝750×1217＝913.27kVA；

上式中，S為試驗(yàn)電源的視在功率，U₁為勵(lì)磁繞組上施加電壓，I_e表示流過勵(lì)磁繞組的電流。按單位硅鋼片鐵耗估計(jì)為1.5W/kg，則發(fā)電機(jī)整體鐵耗估計(jì)數(shù)值為P為219.3kW。將試驗(yàn)電源的視在功率S(913.27kVA)、發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗的有功功率P(219.3kW)，可計(jì)算出發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗中的無功分量Q為886.6kVar。

本實(shí)施例中采用額定電壓為1000V電容器，電容量C＝4800μF作為補(bǔ)償電容器。運(yùn)行電壓U＝750V電壓時(shí)補(bǔ)償電容器可提供容性無功為Q_c＝ωCU²＝847.8kVar，其中ω＝2πf，f＝50Hz，f表示磁繞組上施加電壓的頻率，C為補(bǔ)償電容器的電容量，U為補(bǔ)償電容器的運(yùn)行電壓。補(bǔ)償電容器補(bǔ)償后由試驗(yàn)電源提供的視在容量為：

為了驗(yàn)證通過電容補(bǔ)償鐵心損耗中的無功分量的功率對(duì)比，本實(shí)施例中分別對(duì)未采用補(bǔ)償電容、采用補(bǔ)償電容的工況進(jìn)行了對(duì)比，并分別對(duì)、補(bǔ)償電容補(bǔ)償?shù)臒o功功率(kVar)、試驗(yàn)電源提供的無功功率(kVar)、試驗(yàn)電源的視在功率(kVA)進(jìn)行計(jì)算得到結(jié)果如表1所示：

表1：通過電容補(bǔ)償鐵心損耗中的無功分量的功率對(duì)照表：

參見表1可知，本實(shí)施例通過補(bǔ)償電容器補(bǔ)償鐵心損耗中的無功分量相對(duì)于沒有加補(bǔ)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(jī)定子鐵心損耗測(cè)試所需電源的容量，提供的電源容量和質(zhì)量滿足試驗(yàn)要求且不會(huì)影響發(fā)電廠用電質(zhì)量。

如圖2所示，本實(shí)施例大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)裝置包括升壓變壓器1、補(bǔ)償電容器2、勵(lì)磁繞組3、測(cè)量繞組4和鐵損計(jì)算單元5，升壓變壓器1的輸出端通過補(bǔ)償電容器2和勵(lì)磁繞組3相連，勵(lì)磁繞組3、測(cè)量繞組4分別套設(shè)于被檢測(cè)的發(fā)電機(jī)定子鐵心上，鐵損計(jì)算單元5包括電流檢測(cè)模塊51、電壓檢測(cè)模塊52和鐵心損耗儀53，電流檢測(cè)模塊51布置于勵(lì)磁繞組3和補(bǔ)償電容器2的連接導(dǎo)線之間以檢測(cè)流過勵(lì)磁繞組的電流，電壓檢測(cè)模塊52并聯(lián)布置于測(cè)量繞組4的輸出端，電流檢測(cè)模塊51、電壓檢測(cè)模塊52的輸出端分別與鐵心損耗儀53相連。

本實(shí)施例中，升壓變壓器1用于將廠用380V試驗(yàn)電源鐵心損耗檢測(cè)所需的600V～700V勵(lì)磁電壓。補(bǔ)償電容器2是本實(shí)施例大型發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗檢測(cè)裝置中的關(guān)鍵部件，它的主要作用是補(bǔ)償發(fā)電機(jī)鐵心損耗中的無功分量，這就會(huì)使得整個(gè)試驗(yàn)電源容量大大減小，補(bǔ)償電容器2的理論值為發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗中的無功分量Q。本實(shí)施例中，補(bǔ)償電容器2為可調(diào)電容器，從而可以根據(jù)不同容量的發(fā)電機(jī)的鐵心損耗計(jì)算后進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)償發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗中的無功分量，使得本實(shí)施例的檢測(cè)裝置更具普遍適用性。

本實(shí)施例中，勵(lì)磁繞組3、測(cè)量繞組4之間的平面角度α為90°，使得勵(lì)磁繞組3產(chǎn)生的磁通最大限度的垂直穿過測(cè)量繞組4以減小誤差。勵(lì)磁線圈3和測(cè)量線圈4使用足夠通流面積及絕緣強(qiáng)度的試驗(yàn)電纜制備，匝數(shù)一般都為1～2匝。

本實(shí)施例中，鐵心損耗儀53將測(cè)量到的電流和電壓參數(shù)接入一個(gè)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(jì)算鐵心損耗的函數(shù)表達(dá)式如式(2)所示；

式(2)中，P₁表示發(fā)電機(jī)定子鐵心損耗，U₂表示勵(lì)磁感應(yīng)電壓，I_e表示流過勵(lì)磁繞組的電流，為鐵心損耗儀中的功率表功率因數(shù)。

本實(shí)施例中，升壓變壓器1、補(bǔ)償電容器2之間設(shè)有用于濾除試驗(yàn)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(yàn)電源中的諧波分量，以防止試驗(yàn)電源中的高次諧波的干擾以及在發(fā)電機(jī)鐵心中產(chǎn)生的高頻損耗。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。