定子铁心磁化试验结果影响因素的分析

李扬帆

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北 唐山064309）

发电机定子铁心是由薄硅钢片现场叠装而成。在硅钢片的制造或现场叠装过程中，可能存在片间绝缘损坏从而造成片间短路。为了防止运行中因为片间短路引起局部过热甚至威胁到机组的安全稳定运行，在定子铁心叠装完成后，必须进行磁化试验以检查定子铁心片间是否存在短路现象。同时磁化试验过程中产生的振荡与发热使定子铁心下沉进而进一步压紧铁心。定子铁心磁化试验是在定子冲片叠装、压紧后的铁心上缠绕若干励磁绕组，将交流电流通入绕组内，此电流在定子铁心中产生交变磁场，从而在铁心中产生涡流损耗与磁滞损耗，使铁心发热。如果铁心片间绝缘存在损坏，则损坏部分将产生较大的涡流，此部分的温度会快速升高。磁化试验通过测量铁心总的有功损耗与温度从而计算出单位重量铁心损耗与温升，继而判别铁心叠装的质量。试验接线原理图见图1。

图1 定子铁心磁化试验接线图

在现场实际试验过程中，由于各种因素的存在，实际测量出的试验结果会与硅钢片的牌号存在一定的偏差。

1 硅钢片制造过程的影响

定子铁心由无取向电工钢冲压或剪压制成，由于机加工本身的局限性，会在硅钢片断面处带来不同程度的加工应力，形成弹性变形区、弹塑性变形区以及塑性变形区，其中塑性变形区越大，对硅钢片导磁性能影响程度越大。实际生产中，硅钢片按照工装剪压或冲压制成，剪压或冲压会在硅钢片的边沿部位、拉紧螺杆螺孔部位以及定位筋鸽尾槽部位带来不同程度的加工应力。加工中带来的加工应力影响硅钢片的导磁性能，致使硅钢片的导磁性低于电工钢板的初始性能。

2 硅钢片漆膜的影响

成品硅钢片需喷涂一定厚度的绝缘漆，但在磁化试验结果计算中，定子铁心的密度一般按照钢板母材的密度进行计算，虽然绝缘漆膜厚度较薄，但是定子铁心由数量较多的硅钢片叠压而成，因此，硅钢片漆膜对定子铁心磁化试验也会带来一定的影响。同时，磁化试验过程中由于产生的振荡与发热会使硅钢片表面的绝缘漆膜厚度收缩，进而影响定子铁心的叠压系数与实际高度。

3 定子铁心结构的影响

采用穿心拉紧螺杆的定子铁心，定子铁心轭部每间隔一个槽布置一个拉紧螺杆，磁化试验中有螺孔位置的磁通密度将增加。此外，冲片上定位筋鸽尾槽部位的磁通密度也将增加。GB/T8546-2003《水轮发电机安装技术规范》规定：对直径较大的定子进行试验时，应注意校正由于磁通密度分布不均匀所引起的误差。现场试验过程中，由于无法具体计量此部分的影响，故而影响磁化试验结果。

4 试验方法的影响

现场试验中用励磁电缆缠绕铁心，由于定子铁心叠装完成后无法与定子机座进行分离，所以一般情况下，定子机座也被缠绕进励磁电缆中。但是由于机座在漏磁路里会感应发热，是测量总损耗的一部分。所以定子机座的发热也会影响测量结果。

励磁电缆缠绕是否均匀，也对总损耗产生影响。缠绕不均匀，将导致铁心磁通密度不均匀，导致损耗增加。例如，相同的试验仪器与试验人员对同一定子铁心进行磁化试验，第1次励磁电缆不是均匀缠绕，测量的结果为1.555W/kg，第2次励磁电缆采用均匀缠绕的方式，则第2次的试验结果为1.448W/kg。

5 调整片带来的影响

定子铁心叠片和分段压紧过程中，对于定子铁心波浪度有很高的要求，如果波浪度达不到要求会加调整片，这是常规的工艺。但如果调整片加的比较多，就会在铁心轭部存在一些间隙，增加磁阻，增大励磁电流，导致测量损耗和单位铁损增加。同时如果增加过多的调整垫片，将无法有效估算定子铁心的实际重量，这样同样会影响磁化试验的结果。

6 叠压系数的影响

定子铁心叠装时，需要进行分段压紧。定子铁心叠装完成后，叠压系数测量一般通过拉紧螺杆的伸长量进行计算。通过此种方式测量时，叠压系数的计算存在一定的误差。所以进行最终结果计算时，一般按照定子铁心叠压系数的理论值进行计算。但理论值又同实际的叠压系数存在一定的偏差，所以定子铁心的叠压系数会对磁化试验的计算结果有一定的影响。

7 现场试验局限性的影响

对于硅钢片的检测，在试验室中采用爱泼斯坦方圈法来检测硅钢片的比损耗。爱泼斯坦方圈使用的式样为横纵各半的标准式样。在各异性方面，横纵向比损耗的各异性不大于17%。沿轧制方向（发电机定子铁心采用的是无取向电工钢，但是实际在横纵方向却会存在所谓的纵向）式样的导磁性能优于垂直轧制方向（即所谓的横向）的式样。但在进行定子铁心磁化试验中，是在定子铁心轭部形成连续的环形磁通，磁轭方向基本与轧制方向垂直。这样，磁化试验计算出的单位铁损值会大于硅钢片的比损耗基值。

8 结语

磁化试验作为一种检测定子铁心叠装质量的检测方法，有很多影响试验结果的因素。GB/T20835-2016《发电机定子铁心磁化试验导则》中规定：定子铁心质量判别的方法为铁心最大温升极限以及铁心相同部位（定子齿或槽）温差的极限。其中铁心最大温升极限为在规定的磁通密度下，试验经过规定的时间后，50Hz/60Hz发电机铁心最大温升极限小于或等于35K。铁心相同部位（定子齿或槽）温差的极限为在规定的磁通密度下，试验经过规定的时间后，50Hz/60Hz发电机铁心最大温差极限小于或等于15K。同时在附录A中又对定子铁心的比损耗限值进行要求。其中水轮发电机中额定功率小于500MW的机组，P1≤1.3Ps（1.0）。额定功率大于500MW的机组，P1≤1.4Ps（1.0）。个人认为，正因为定子铁心磁化试验存在诸多不确定因素会导致试验的比损耗存在一定的误差。所以才将定子铁心的比损耗限值作为定子铁心叠装的辅助判别方法。