发电机定子铁芯故障诊断试验

李采荣

（山西漳泽电力工程有限公司永济分公司,山西 永济 044500）

发电机定子铁芯故障诊断试验

李采荣

（山西漳泽电力工程有限公司永济分公司,山西 永济 044500）

介绍了用铁芯故障诊断试验设备进行发电机铁芯试验的优点、原理和试验过程。该试验方法仅要求在铁芯中产生的磁密是正常运行时的4%,减小了试验所需的电源容量。该方法还具备试验周期短、灵敏度高、不会扩大故障点等优点,且避免了利用传统试验方法时磁通不足造成的试验误差,是检查定子铁芯片间绝缘情况的非常有效的试验手段。

铁芯；铁芯故障诊断试验；磁位计；故障判断

0 引言

河津发电分公司3号发电机运行电磁声大，在2015年3月进行的3C检修中对3号发电机进行了槽楔更换和铁芯压紧，按照DL/T596—1996《电力设备预防性试验规程》要求对发电机进行了定子铁芯故障诊断试验。

1 试验目的

发电机定子铁芯由相互绝缘的硅钢片叠合组装而成，整体用穿心螺杆轴向压紧。正常情况下，铁芯叠片间有足够强度的绝缘，以防止叠片间产生涡流。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的作用引起片间绝缘损坏，造成短路，在短路区域形成局部发热。如果在故障初期没能及时诊断和维修，局部过热可能导致更多的片间绝缘发生损坏，威胁机组安全运行。

2 试验设备

英国 ADWEL 公司生产的电机铁芯故障诊断 仪 ELCID（Electromagnetic Core Imperfection Detector）；笔记本计算机；220 V、9 kVA 调压器；fluke 数字万用表、钳形电流表各一块；4 mm2绝缘导线约 300 m（单芯导线均能通 10 A 电流） 。

3 测试原理

传统的铁损试验要求在铁芯中产生接近于运行状态的磁场强度，然后使用红外热像仪查找过热点。这就要求产生激磁电流的电源很大，试验设备很庞大，现场不容易满足，磁通不足时造成的试验误差较大。

ELCID试验设备仅要求在铁芯中产生的磁密只有正常运行时的4%，是利用电磁原理采用磁位计查找故障电流，这一方面大大减小了试验所需的电源容量，另一方面也避免铁芯故障部位进一步扩大。ELCID具有试验电源容量小、试验周期短、灵敏度高、不会扩大故障点等优点，是检查定子铁芯片间绝缘情况的非常有效的试验手段。

ELCID系统由测试对象（发电机定子铁芯）、激磁系统（激磁电源、激磁绕组）、测量环节（Chattock磁位计、牵引小车、感应线圈、Rogowski 参考信号变送器）、分析环节（数字 ELCID 信号处理单元、计算机、分析软件）和辅助部件（标定单元）组成。ELCID 试验利用激磁线圈在定子铁芯建立周向环形磁通，图 1 给出了试验设备的典型连接示意图。

根据安培定律，磁场强度矢量沿任一闭合路径的线积分，等于这路径所包围的电流，即I dl H，当铁磁物质表面有电流时，因铁磁物质的相对磁导率约为103，故铁芯内部的磁场强度与空气中的磁场强度相比小到几乎可以忽略的程度，即可以认为空气中的磁场强度的线积分差不多就等于该电流值。用 Chattock 磁位计测量出的感应电压与空气中的磁场强度成正比，也即与铁芯表面的电流成正比。

图 1 ELCID 试验设备的典型连接示意图

在实际测量时，跨接在两齿间的 Chattock 磁位计（如图 2所示）的输出信号同时包含激磁磁场和故障感应电流作用产生信号，通常激磁绕组产生的周向磁通比故障电流产生的磁通大 10 倍以上，但由于故障电流回路接近纯阻性，故产生的磁通与激磁磁通有大约 90°的相位差，ELCID 利用这个相位差提取故障电流信号。用Rogowski 电流互感器钳在激磁绕组电流回路上， 其输出信号作为ELCID 信号处理单元的鉴相器的参考输入信号，测量出的激磁回路电流过零点时刻磁位计产生的电压幅值为交轴（Quadrature）信号即故障电流信号，与参考信号同相位的信号就是由激磁磁通产生的相位(Phase)信号。经校准后，信号处理器以 mA 为单位直接显示故障电流的大小。

图2 ELCID 试验中 Chattock 磁位计的安放位置

故障电流产生的磁场、励磁电流产生的磁场、励磁电流的相位关系如图3所示，通过提取与励磁磁通成交轴的故障电流分量，可以判断故障点。

图3中，Φ为励磁绕组产生的磁通、If为故障电流 、Ifq为故障电流交轴分量、Vfq为故障电压交轴分量。

图3 励磁磁通和故障电流的向量图

因此，沿铁芯轴向缓慢移动 Chattock 磁位计，始终保持与铁芯的接触，就可以查找故障点并直接测量出故障点在所加激磁情况下的短路电流。

对于一台无缺陷的电机，测量的结果在理论上应当是一条直线，但是实际上因为所有的电机都存在一些不规则的微小环流，通常给出几十 mA 数量级的信号幅值， 形成不规则的背景。 ELCID 手册以 100 mA 作为 4%额定激磁时判断的阀值。

4 试验过程

a) 把绝缘导线从铁芯中心穿过，在两瓣铁芯中间位置各绕 10 匝作为激磁绕组。

b) 沿定子膛内与激磁绕组所在平面约 90 ° 角绕 1 匝，作为感应线圈。

c) 激磁绕组接入调压器，感应线圈接电压表，在激磁回路中接入钳形电流表。

d) 装配好 ELCID 测试系统，标定牵引小车的距离传感器和 Chattock 磁位计，并调节牵引小车的跨距使 Chattock 线圈两端跨接在相邻两齿的远角。

e) 合电源开关，升励磁电流，监视感应电压表，直到感应电压表读数为 4% 额定气隙磁通之励磁电压即 27.89 V，此时，记录钳形电流表读数 6.48 A和调压器输出电压表的读数 275 V。

式中：UT——4%额定气隙磁通之励磁电压，V；

Ur——额定气隙磁通之励磁电压，V；

Up-p——额定线电压，V；

K——分布短距系数，通常发电机取0.92；

tp—— 每相串联匝数。

f)自发电机的励侧用牵引小车沿铁芯轴向扫描，录制 Quad（交轴电流值）曲线。

g) 依次对疑似故障槽进行扫描并录制 Quad 曲线。

h)分析 Quad 曲线对可疑点进行复查。

i)调压器回零，断开电源。

j)恢复试验现场，试验结束。

5 试验数据

用ELCID方法先后对大唐运城发电公司600MW发电机和山西漳泽电力河津发电分公司300MW机组进行铁芯试验，现以山西漳泽电力河津发电分公司3号发电机为例。

发电机铭牌参数如表1所示，资料来源为哈尔滨电机厂出厂说明书。

表1 发电机铭牌参数

图4 16—30号槽Quad 电流轨迹

发电机铁芯长度为5.7 m，定子齿数为54，每槽导体数为2。试验前对发电机定子铁芯进行了压紧，槽楔进行了更换。试验时，发电机定子膛内装有挡风板，仅在最下方 1/6 未装设挡风板。1号槽位于面向励侧看去右下方紧邻挡风板处。顺时针依次进行编号。

图4 是河津发电公司 3号发电机定子铁芯试验其中部分槽的电流轨迹的测量结果。

6 试验分析及结论

试验中发电机定子膛内装设的挡风板对小车的行进和测量造成了一定困难。图4中，16—18号槽、21号槽、22号槽电流在铁芯中部挡风板部位同一位置出现先负后正的超过 100 mA 的波动，实际为操作人员将小车行进至中间部位时抬起过高所致，拔下磁位计线圈进行手动复测，各槽Quad值均在100 mA 以下；另外8号槽、37号槽、50号槽电流略超出100 mA，经过手动磁位计线圈复测各槽电流均在100 mA 以下，进行目视检查，未见铁芯槽齿、槽壁处有损伤痕迹。其余各槽电流均在100 mA 以下。总体来说，电流轨迹线的波动是由于小车过挡风板抬起所致，未发现铁芯绝缘片间短路所导致的异常数据。综上所述，发电机定子铁芯可以正常投入运行。

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

李采荣（1968），女，山西永济人，1989年毕业于太原电力高等专科学校电力系统及其自动化专业，工程师，从事电气检修工作。