大型發電機定子鐵芯絕緣損壞檢測方法試驗分析

袁碩　劉天羽

摘 要：針對發電機定子鐵芯絕緣檢測，介紹了傳統的定子鐵芯損耗試驗法和EL CID測試法（Electro-magnetic Core Imperfection Detector），并闡述了電磁鐵芯故障檢測儀中Chattock磁位計的工作原理和整套檢測設備的連接。對比2種檢測方法得出，EL CID法具有低勵磁、高效、易操作的特點，能夠快速、安全地判定定子鐵芯的故障部位。

關鍵詞：絕緣檢測；鐵芯損耗試驗法；EL CID法；Chattock磁位計

中圖分類號：TM307+.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.022

發電機是由定子、轉子和定子基座三大部分組成的，定子鐵芯為發電機提供磁回路，固定定子繞組線圈。定子鐵芯一般由0.35～0.5 mm厚的硅鋼片疊成，硅鋼片涂有絕緣漆膜，且硅鋼片一側通過鐵芯緊固棒緊固在一起。定子鐵芯是發電機故障的頻發部件，主要原因是定子鐵芯疊片間的絕緣漆膜易損壞，疊片間短路，疊片與緊固棒形成閉合回路，產生渦流電流，導致定子鐵芯局部過熱。

鐵芯疊片間短路的常見原因有以下3點：①硅鋼片厚度不均，邊緣有毛刺或漆膜質量差。②定子硅鋼片壓裝不到位。由于壓力不足，導致硅鋼片振動，長時間運行使疊片磨損、絕緣損壞。③發電機運行時，有金屬顆粒等質地堅硬的物體落入發電機定子鐵芯中，導致疊片間絕緣損壞。

定子鐵芯出現絕緣損壞的情況時，務必要停機檢測、維修，這必定會影響正常發電，減少經濟效益；更嚴重的是，還會導致區域性斷電，影響人們的正常生活。在發電機交接試驗、更換定子繞組或是定子鐵芯疑似有損傷時，要對發電機進行定子鐵芯短路故障檢測，判斷發電機能否正常運行。本文簡要介紹了檢測發電機定子鐵芯短路故障的2種試驗方法，即傳統的定子鐵耗試驗法和鐵芯損傷電磁感應檢測。

1 定子鐵耗試驗

1.1 試驗原理

定子鐵耗試驗的基本原理是：拆下發電機轉子，定子鐵芯上纏繞勵磁繞組；通入交流電，定子膛中生成接近飽和的交變磁通；定子鐵芯中產生渦流和磁滯損耗，使定子鐵芯局部發熱（定子鐵芯中疊片間絕緣漆受損加劇，會產生更大的渦流，溫度也會進一步升高）；使用紅外線成像儀測量發現高溫點，與 標準數據進行比較，進而發現疑似故障點。

1.2 鐵損法試驗原理圖和現場

鐵損法的試驗原理和試驗現場情況如圖1、圖2所示。

1.3 鐵損法試驗的缺陷

定子鐵耗試驗（Lose Test Of Core）是檢測鐵芯故障試驗的傳統方法，它在過去的定子鐵芯絕緣檢測中的使用率比較高，但也存在一些不足，具體表現在以下幾個方面：①要求使用大功率電源設備（通常需要3 MVA），勵磁電源要提供額定磁通80%～100%的磁通量，磁通量要求比較高。②高電壓、高電流。檢測試驗需要多人參與，高電壓、高電流的存在會給工作帶來一些安全隱患。③預熱設備價格昂貴。使用紅外熱成像技術測量溫度來確定故障點，需要進行檢測前加熱升溫，以達到檢測要求。④有些設備可能冷卻不及時就會有潛在的損壞風險，并且可能會威脅到工作人員的安全。⑤一般只能檢測定子齒表面的故障，深部故障檢測能力比較差。

2 EL CID測試法

20世紀70年代末，英國中心電力委員會（Central Electricity Generating Board）研究、驗證了一種采用電磁方式檢測鐵芯疊片故障的方法，即EL CID試驗法。通過多年的研究發展，EL CID試驗法被廣泛應用。

2.1 EL CID試驗原理

EL CID測試法的試驗原理是：先進行勵磁，在定子膛穿過1根勵磁電纜，通入給定值交流電，定子膛均勻分布符合工作要求的磁通。此時，因絕緣損傷而短路的硅鋼片和鐵芯緊固棒形成閉合回路，產生故障電流，如圖3所示。然后，使用Chattock磁位計感應故障電流產生的磁場，實現對故障點的檢測。這種檢測方法工作量少，且只需施加額定勵磁磁通量的4%.

3 結論

與鐵芯損耗法相比，EL CID法的優點是：①只需要約4%的額定磁通下的磁場；②只需要小功率的電源設備，易于配備和搬運，鐵芯故障檢測的設備部件損毀后更換容易；③工作量減少，操作簡單，安全系數高，在搶修過程中會節約時間，減少經濟損失；④EL CID鐵芯試驗靈敏度比較高，不僅可以準確檢測出定子表面的故障點，也可以通過EL CID典型故障波形來檢測分析鐵芯深處故障點。

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〔編輯：白潔〕