發電機鐵芯磁化試驗方法分析及應用

毛本立

摘要：本文對發電機鐵芯磁化試驗在實際應用過程中，勵磁線圈電源的選擇進行闡述，在對勵磁電源送電過程會出現的跳閘問題進行分析，在試驗過程中要注意的問題及對試驗結果進行了描述。

關鍵詞：發電機鐵芯、磁化試驗、勵磁線圈、溫度

在疊裝完成的發電機定子鐵芯上纏繞勵磁繞組，繞組中通入交流電流，使之在鐵芯內部產生接近飽和狀態的交變磁通使鐵芯磁化，從而在鐵芯中產生渦流和磁滯損耗，使鐵芯發熱。如果薄硅鋼片間絕緣受損或劣化將產生較大的渦流，溫度較快升高。用紅外線測溫儀查找局部過熱點及輔助測溫;在鐵芯上纏繞測量繞組，測量其感應電壓，計算出鐵芯總的有功損耗。最后根據測試結果與設計要求比較，判斷定子鐵芯的制造、安裝質量。

某電廠發生定子接地故障，在拆除定子線棒后，為了及時發現和消除鐵芯缺陷，進行了發電機鐵芯磁化試驗。該發電機為隱極同步發電機，額定功率：400MW;額定電壓：19kV;額定頻率：50H_Z.根據發電機定子鐵心磁化試驗導則（GBT 20835-2016）需要，發電機廠家提供下列參數：

根據試驗導則要求，試驗前要計算出勵磁線圈匝數及電源容量。試驗導則中勵磁線圈匝數，由公式可以看出電源電壓U₁來確定勵磁線圈的匝數W₁。因為實際中電源頻率f，發電機定子鐵芯面積S是固定不變的;定子鐵芯磁通密度B要求是在1.4T，假設是固定不變的。以該廠發電機參數為例，根據導則公式計算出Q值為2.1634m²，若采用400V低壓電纜作為勵磁線圈，根據公式計算W₁不到一匝;現場也不具備兩臺廠用變壓器低壓側串聯提供800V勵磁線圈的條件，因此在試驗中我們采用廠用6kV作為勵磁線圈電源，根據公式計算出匝數W₁=9.37匝，勵磁線圈電流I₁W₁=π（D₁-h_s）按照9匝線圈計算I₁=28.42A。勵磁線圈主要作用是來提供磁場，必須使用無屏蔽層電纜。在磁化試驗中為了使磁場均勻分布，不發生畸變，在纏繞勵磁線圈時采用對稱布置。在磁化試驗中，勵磁電流主要是對發電機鐵芯產生交變磁場，所以在測量損耗時要使用低功率因素表。

根據發電機鐵芯磁化試驗如下圖接線：

鐵心試驗接線檢查正確無誤后，在對勵磁線圈W₁送電過程中，勵磁線圈接的6kV斷路器保護出現過流跳閘情況。對勵磁線圈檢查，絕緣正常，經分析斷路器保護跳閘情況應該是由于合閘瞬間的電壓不在最大值，使鐵芯中的磁通量不為零，所產生的勵磁涌流造成的過流跳閘。根據計算值I₁=28.42A，可以視為額定電流為28.42A的變壓器在送電沖擊情況下進行整定。在選擇6KV斷路器柜的時，最好能采用帶變壓器保護的斷路器柜，利用變壓器保護的勵磁涌流限制功能，避免在對勵磁線圈送電時出現多次因勵磁涌流跳閘的情況。本次試驗勵磁線圈接的是帶電動機保護的斷路器，在勵磁涌流造成跳閘后，檢查保護裝置動作正常，核對保護定值正確后再次試送后任然跳閘。檢查勵磁線圈、斷路器及保護裝置后第三次試送電成功。

提前準備好紅外線測溫儀，并記錄試驗時的環境溫度。試驗前定子鐵芯初始溫度和環境溫度的溫差應不超過5K，避免試驗時鐵芯溫度升高無法判斷原因，是由于外界氣溫影響還是鐵芯質量問題造成。通入勵磁電流后用紅外線測溫儀在定子腔內尋測，若發現有過熱處再用溫度計測量。若發現溫度有異常升高，應立即停止試驗以防鐵心燒壞，并隨即進入檢查。通入勵磁電流后用紅外線測溫儀在定子腔內尋測，若發現有過熱處再用溫度計測量。若發現溫度有異常升高，應立即停止試驗以防鐵心燒壞，并隨即進入檢查。

根據鐵芯磁化試驗導則，為了使鐵芯可靠接地，我們用一根軟銅線將鐵芯與廠房接地扁鐵連接。在試驗過程中，用紅外線測溫儀查看局部是否存在過熱點時，發現軟銅接地線有明顯過熱顯現，立即斷開勵磁線圈電源，拆除接地軟銅線。磁化試驗導則的要求對于發電機制造廠來說，在發電機鐵芯進行出廠試驗時，鐵芯要可靠接地。實際在電廠中進行鐵芯磁化試驗時，發電機鐵芯、殼罩、底座已緊密連接并可靠接地。若再將鐵芯接地，則會出現鐵芯兩點接地的情形，軟銅接地線和底座形成回路，在強磁場的情況下產生電流，如果回路電阻稍大，就會出現發熱情況。在對安裝好的發電機進行鐵芯磁化試驗時，要檢查發電機鐵芯無多余的接地點，避免在強磁場的情況下，造成多點接地形成環流發熱。

測量繞組感應電壓值為696.7V，根據公式計算出實際磁感應強度B=1.393T，滿足隱極同步發電機磁通密度應在1.4T左右的要求，且試驗時間為45分鐘，不需要進行試驗時間修正。

以下表格是本次試驗數據：

對于鐵芯質量的判斷，最直接的依據是溫差。鐵芯磁化導則中要求，在規定的磁通密度下，試驗經過規定時間后，發電機鐵芯最大溫升不超過25K，發電機相同部位最大溫差不超過15K。可以判斷出，該廠發電機在發生定子接地故障后，鐵芯沒有受到影響，在合格范圍內。

參考文獻：

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4、徐鳴琴。三峽左岸電站大型水輪發電機定子鐵芯磁化試驗 ?水電站機電技術 2005年4月