李采榮

（山西漳澤電力工程有限公司永濟(jì)分公司,山西 永濟(jì) 044500）

發(fā)電機(jī)定子鐵芯故障診斷試驗(yàn)

李采榮

（山西漳澤電力工程有限公司永濟(jì)分公司,山西 永濟(jì) 044500）

介紹了用鐵芯故障診斷試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行發(fā)電機(jī)鐵芯試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)、原理和試驗(yàn)過程。該試驗(yàn)方法僅要求在鐵芯中產(chǎn)生的磁密是正常運(yùn)行時(shí)的4%,減小了試驗(yàn)所需的電源容量。該方法還具備試驗(yàn)周期短、靈敏度高、不會(huì)擴(kuò)大故障點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn),且避免了利用傳統(tǒng)試驗(yàn)方法時(shí)磁通不足造成的試驗(yàn)誤差,是檢查定子鐵芯片間絕緣情況的非常有效的試驗(yàn)手段。

鐵芯；鐵芯故障診斷試驗(yàn)；磁位計(jì)；故障判斷

0 引言

河津發(fā)電分公司3號(hào)發(fā)電機(jī)運(yùn)行電磁聲大，在2015年3月進(jìn)行的3C檢修中對3號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了槽楔更換和鐵芯壓緊，按照DL/T596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求對發(fā)電機(jī)進(jìn)行了定子鐵芯故障診斷試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

發(fā)電機(jī)定子鐵芯由相互絕緣的硅鋼片疊合組裝而成，整體用穿心螺桿軸向壓緊。正常情況下，鐵芯疊片間有足夠強(qiáng)度的絕緣，以防止疊片間產(chǎn)生渦流。由于制造和檢修可能存在的質(zhì)量不良，或在運(yùn)行中由于熱和機(jī)械的作用引起片間絕緣損壞，造成短路，在短路區(qū)域形成局部發(fā)熱。如果在故障初期沒能及時(shí)診斷和維修，局部過熱可能導(dǎo)致更多的片間絕緣發(fā)生損壞，威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

2 試驗(yàn)設(shè)備

英國 ADWEL 公司生產(chǎn)的電機(jī)鐵芯故障診斷 儀 ELCID（Electromagnetic Core Imperfection Detector）；筆記本計(jì)算機(jī)；220 V、9 kVA 調(diào)壓器；fluke 數(shù)字萬用表、鉗形電流表各一塊；4 mm2絕緣導(dǎo)線約 300 m（單芯導(dǎo)線均能通 10 A 電流） 。

3 測試原理

傳統(tǒng)的鐵損試驗(yàn)要求在鐵芯中產(chǎn)生接近于運(yùn)行狀態(tài)的磁場強(qiáng)度，然后使用紅外熱像儀查找過熱點(diǎn)。這就要求產(chǎn)生激磁電流的電源很大，試驗(yàn)設(shè)備很龐大，現(xiàn)場不容易滿足，磁通不足時(shí)造成的試驗(yàn)誤差較大。

ELCID試驗(yàn)設(shè)備僅要求在鐵芯中產(chǎn)生的磁密只有正常運(yùn)行時(shí)的4%，是利用電磁原理采用磁位計(jì)查找故障電流，這一方面大大減小了試驗(yàn)所需的電源容量，另一方面也避免鐵芯故障部位進(jìn)一步擴(kuò)大。ELCID具有試驗(yàn)電源容量小、試驗(yàn)周期短、靈敏度高、不會(huì)擴(kuò)大故障點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是檢查定子鐵芯片間絕緣情況的非常有效的試驗(yàn)手段。

ELCID系統(tǒng)由測試對象（發(fā)電機(jī)定子鐵芯）、激磁系統(tǒng)（激磁電源、激磁繞組）、測量環(huán)節(jié)（Chattock磁位計(jì)、牽引小車、感應(yīng)線圈、Rogowski 參考信號(hào)變送器）、分析環(huán)節(jié)（數(shù)字 ELCID 信號(hào)處理單元、計(jì)算機(jī)、分析軟件）和輔助部件（標(biāo)定單元）組成。ELCID 試驗(yàn)利用激磁線圈在定子鐵芯建立周向環(huán)形磁通，圖 1 給出了試驗(yàn)設(shè)備的典型連接示意圖。

根據(jù)安培定律，磁場強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑的線積分，等于這路徑所包圍的電流，即I dl H，當(dāng)鐵磁物質(zhì)表面有電流時(shí)，因鐵磁物質(zhì)的相對磁導(dǎo)率約為103，故鐵芯內(nèi)部的磁場強(qiáng)度與空氣中的磁場強(qiáng)度相比小到幾乎可以忽略的程度，即可以認(rèn)為空氣中的磁場強(qiáng)度的線積分差不多就等于該電流值。用 Chattock 磁位計(jì)測量出的感應(yīng)電壓與空氣中的磁場強(qiáng)度成正比，也即與鐵芯表面的電流成正比。

圖 1 ELCID 試驗(yàn)設(shè)備的典型連接示意圖

在實(shí)際測量時(shí)，跨接在兩齒間的 Chattock 磁位計(jì)（如圖 2所示）的輸出信號(hào)同時(shí)包含激磁磁場和故障感應(yīng)電流作用產(chǎn)生信號(hào)，通常激磁繞組產(chǎn)生的周向磁通比故障電流產(chǎn)生的磁通大 10 倍以上，但由于故障電流回路接近純阻性，故產(chǎn)生的磁通與激磁磁通有大約 90°的相位差，ELCID 利用這個(gè)相位差提取故障電流信號(hào)。用Rogowski 電流互感器鉗在激磁繞組電流回路上， 其輸出信號(hào)作為ELCID 信號(hào)處理單元的鑒相器的參考輸入信號(hào)，測量出的激磁回路電流過零點(diǎn)時(shí)刻磁位計(jì)產(chǎn)生的電壓幅值為交軸（Quadrature）信號(hào)即故障電流信號(hào)，與參考信號(hào)同相位的信號(hào)就是由激磁磁通產(chǎn)生的相位(Phase)信號(hào)。經(jīng)校準(zhǔn)后，信號(hào)處理器以 mA 為單位直接顯示故障電流的大小。

圖2 ELCID 試驗(yàn)中 Chattock 磁位計(jì)的安放位置

故障電流產(chǎn)生的磁場、勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁場、勵(lì)磁電流的相位關(guān)系如圖3所示，通過提取與勵(lì)磁磁通成交軸的故障電流分量，可以判斷故障點(diǎn)。

圖3中，Φ為勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁通、If為故障電流 、Ifq為故障電流交軸分量、Vfq為故障電壓交軸分量。

圖3 勵(lì)磁磁通和故障電流的向量圖

因此，沿鐵芯軸向緩慢移動(dòng) Chattock 磁位計(jì)，始終保持與鐵芯的接觸，就可以查找故障點(diǎn)并直接測量出故障點(diǎn)在所加激磁情況下的短路電流。

對于一臺(tái)無缺陷的電機(jī)，測量的結(jié)果在理論上應(yīng)當(dāng)是一條直線，但是實(shí)際上因?yàn)樗械碾姍C(jī)都存在一些不規(guī)則的微小環(huán)流，通常給出幾十 mA 數(shù)量級(jí)的信號(hào)幅值， 形成不規(guī)則的背景。 ELCID 手冊以 100 mA 作為 4%額定激磁時(shí)判斷的閥值。

4 試驗(yàn)過程

a) 把絕緣導(dǎo)線從鐵芯中心穿過，在兩瓣鐵芯中間位置各繞 10 匝作為激磁繞組。

b) 沿定子膛內(nèi)與激磁繞組所在平面約 90 ° 角繞 1 匝，作為感應(yīng)線圈。

c) 激磁繞組接入調(diào)壓器，感應(yīng)線圈接電壓表，在激磁回路中接入鉗形電流表。

d) 裝配好 ELCID 測試系統(tǒng)，標(biāo)定牽引小車的距離傳感器和 Chattock 磁位計(jì)，并調(diào)節(jié)牽引小車的跨距使 Chattock 線圈兩端跨接在相鄰兩齒的遠(yuǎn)角。

e) 合電源開關(guān)，升勵(lì)磁電流，監(jiān)視感應(yīng)電壓表，直到感應(yīng)電壓表讀數(shù)為 4% 額定氣隙磁通之勵(lì)磁電壓即 27.89 V，此時(shí)，記錄鉗形電流表讀數(shù) 6.48 A和調(diào)壓器輸出電壓表的讀數(shù) 275 V。

式中：UT——4%額定氣隙磁通之勵(lì)磁電壓，V；

Ur——額定氣隙磁通之勵(lì)磁電壓，V；

Up-p——額定線電壓，V；

K——分布短距系數(shù)，通常發(fā)電機(jī)取0.92；

tp—— 每相串聯(lián)匝數(shù)。

f)自發(fā)電機(jī)的勵(lì)側(cè)用牽引小車沿鐵芯軸向掃描，錄制 Quad（交軸電流值）曲線。

g) 依次對疑似故障槽進(jìn)行掃描并錄制 Quad 曲線。

h)分析 Quad 曲線對可疑點(diǎn)進(jìn)行復(fù)查。

i)調(diào)壓器回零，斷開電源。

j)恢復(fù)試驗(yàn)現(xiàn)場，試驗(yàn)結(jié)束。

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

用ELCID方法先后對大唐運(yùn)城發(fā)電公司600MW發(fā)電機(jī)和山西漳澤電力河津發(fā)電分公司300MW機(jī)組進(jìn)行鐵芯試驗(yàn)，現(xiàn)以山西漳澤電力河津發(fā)電分公司3號(hào)發(fā)電機(jī)為例。

發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)如表1所示，資料來源為哈爾濱電機(jī)廠出廠說明書。

表1 發(fā)電機(jī)銘牌參數(shù)

圖4 16—30號(hào)槽Quad 電流軌跡

發(fā)電機(jī)鐵芯長度為5.7 m，定子齒數(shù)為54，每槽導(dǎo)體數(shù)為2。試驗(yàn)前對發(fā)電機(jī)定子鐵芯進(jìn)行了壓緊，槽楔進(jìn)行了更換。試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)裝有擋風(fēng)板，僅在最下方 1/6 未裝設(shè)擋風(fēng)板。1號(hào)槽位于面向勵(lì)側(cè)看去右下方緊鄰擋風(fēng)板處。順時(shí)針依次進(jìn)行編號(hào)。

圖4 是河津發(fā)電公司 3號(hào)發(fā)電機(jī)定子鐵芯試驗(yàn)其中部分槽的電流軌跡的測量結(jié)果。

6 試驗(yàn)分析及結(jié)論

試驗(yàn)中發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)裝設(shè)的擋風(fēng)板對小車的行進(jìn)和測量造成了一定困難。圖4中，16—18號(hào)槽、21號(hào)槽、22號(hào)槽電流在鐵芯中部擋風(fēng)板部位同一位置出現(xiàn)先負(fù)后正的超過 100 mA 的波動(dòng)，實(shí)際為操作人員將小車行進(jìn)至中間部位時(shí)抬起過高所致，拔下磁位計(jì)線圈進(jìn)行手動(dòng)復(fù)測，各槽Quad值均在100 mA 以下；另外8號(hào)槽、37號(hào)槽、50號(hào)槽電流略超出100 mA，經(jīng)過手動(dòng)磁位計(jì)線圈復(fù)測各槽電流均在100 mA 以下，進(jìn)行目視檢查，未見鐵芯槽齒、槽壁處有損傷痕跡。其余各槽電流均在100 mA 以下?？傮w來說，電流軌跡線的波動(dòng)是由于小車過擋風(fēng)板抬起所致，未發(fā)現(xiàn)鐵芯絕緣片間短路所導(dǎo)致的異常數(shù)據(jù)。綜上所述，發(fā)電機(jī)定子鐵芯可以正常投入運(yùn)行。

Fault Diagnostic Test for Generator Stator Core

LI Cairong

（Shanxi Zhangze Electric Power Engineering Co., Ltd., Yongji Branch, Yongji, Shanxi 044500, China）

This paper introduces the advantages, principle and process of the generator core test with ELCID testing equipment.The requirement of magnetic flux density in the core in this test method is only 4% as that during normal operation, thus having reduced the test power supply capacity. This is a very effective test method for checking insulation between stator core chips, and it has many advantages such as short test period, high sensitivity, the avoidance of the experimental error caused by the magnetic flux shortage when using the traditional method, no expansion of fault points and so on.

cores; ELCID test; magnetic potentiometer; fault judgment

TM303.3

B

1671-0320（2016）04-0054-04

2016-05-19，

2016-06-02

李采榮（1968），女，山西永濟(jì)人，1989年畢業(yè)于太原電力高等專科學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事電氣檢修工作。