摘要：发电机定子铁芯磁化试验，是检查发电机定子铁芯制造、安装质量的有效方法。试验对铁芯产生交变磁通造成铁芯温度升高，通过对铁芯温升的监测，以分析判断定子铁芯绝缘情况。进行定子铁芯磁化试验前需经过详细计算并根据现场条件选择合理试验方案，本文主要就该项试验计算及试验方案的选择进行详细分析说明。
关键词：磁化试验；计算；选择
Abstract：Generator stator core magnetization test is an effective method to check the stator stator core manufacturing and installation quality. The test results in an alternating magnetic flux generated in the iron core that causes the temperature of the iron core to rise. Through the monitoring of the temperature rise of the iron core, the insulation condition of the stator core is analyzed and judged. Before the stator core magnetization test is performed, a detailed calculation is required and a reasonable test scheme is selected according to the site conditions. This article mainly analyzes the calculation of the test and the selection of the test program.
Key words：Magnetization test; Calculation; Selection.
1 概述
发电机定子铁芯在制作、安装、大修时都可能造成绝缘损坏，造成铁芯内短路。当机组运行时交变磁通通过，铁芯绝缘损坏部位涡流损失将增大，铁芯局部过热，长时间运行将加速铁芯绝缘和定子线圈绝缘的老化，严重时可造成铁芯烧伤和线圈击穿的事故。发电机定子铁芯磁化试验，是检查定子铁芯绝缘情况比较有效的方法。
定子铁芯磁化试验是利用铁芯上专门缠绕的励磁线圈，通以工频交流电，使之在铁芯内部造成交变的磁通(接近饱和状态)，使铁芯中绝缘劣化的部分产生较大的涡流，温度很快升高，然后用温度表测出各部温升。同时，利用功率表测出励磁时的损耗，计算出铁芯单位重量所损耗的功率。根据上述两项的测量结果与标准进行比较判断定子铁芯绝缘质量。
2 试验基本原理及方法
（1）试验基本原理：通过定子铁损试验测量定子铁芯的单位损耗，测量铁轭和齿部温度，检查各部温升是否超过标准值。综合判断定子铁芯片间绝缘是否良好，有无短路。
（2）试验基本方法：在定子铁芯上绕以一定匝数的导线，通以50Hz交流电，使其产生足够的磁通密度（10000高斯左右），测量铁芯损耗值和历时90min的定子铁芯各部的温度和温升。检验标准要求：励磁磁通密度为1T（特斯拉）下持续时间为90min，铁芯最高温升不得超过25K，铁芯相同部位（齿或槽）最高温差不大于15K。
试验接线简图如下：
◆┫
3 试验计算
（1）铁芯轭部有效截面积S（cm2）计算，公式如下：
；其中定子铁芯有效长度 ； 定子铁芯轭部高度
式中K铁芯叠压系数，取0.93-0.97；L1铁芯总长，cm；n通风沟数；b通风沟宽度，cm；D1铁芯外径，cm；D2铁芯内径，cm；hb铁芯槽深，cm。
（2）励磁绕组匝数WL计算，公式如下：
；其中U-励磁绕组电源电压，V；铁芯轭部磁通密度，T；铁芯轭部界面剂，cm2；当 时，上式
磁通密度B的取值，对于隐极同步发电机，铁芯轭部工作磁通密度为1.4T，对于水轮发电机为1.0T。
（3）测量绕组匝数Wm计算，公式如下：
；式中U为励磁绕组电压，V；Um为测量绕组电压，V；
（4）励磁电流I（A）计算，公式如下：
；其中铁芯轭部的平均直径 ；式中Ho为单位长度安匝数，当B取1.0T时，Ho为2.15~2.3安匝/cm。
（5）励磁功率Pe（kVA）及试验容量S（kVA）计算，公式如下：
4 试验方案选择
以不同类型、参数的发电机为例，对定子铁芯磁化试验方案中的试验容量、励磁电源电压、励磁绕组匝数进行计算、分析选择。
（1）某一抽水蓄能电站可逆式机组发电机参数如下：
发电机额定功率375MW；额定电压18kV；额定频率50Hz；定子铁心外径7350mm；定子铁芯内径6000mm；定子铁芯长度3050mm；定子铁芯槽深228.7mm；铁芯通风沟层数79；铁芯通风沟高度5mm；轭部磁通密度1.0T；叠压系数：0.96；单位长度安匝数取1.9；定子铁芯磁化试验方案计算如下：
铁芯轭部截面积S=0.96×（305-79×0.5）×[（735-600）/2—22.87]=11375.2944(cm2)；
励磁绕组匝数WL=U/(4.44×50×11375.2944×10-4×1.0），U为试验励磁电源电压；
当试验选择10kV电源时，WL经计算为39.599匝；励磁电流I=3.1416×（735-44.63）×1.9/35.99≈98（A）；
当试验选择380V电源时，WL经计算为1.5匝；励磁电流I=3.1416×（735-44.63）×1.9/1.5≈2747（A）；
根据以上计算，当采用380V电源时，试验励磁电流约2714A，该电流过大不利于试验设备选择；故试验选择10kV电源，在定子圆周方向120o均匀缠绕励磁线圈的方案较为合理，考虑到励磁绕组匝数较多后的励磁压降，励磁绕组选择37匝。
试验电源容量Pe=1.732×10000×98×10-3≈1697（kVA），选择现场能够满足该容量要求的10kV电源进行试验。
（2）某一河床式电站轴流转桨式机组发电机参数如下：
发电机额定功率135MW；额定电压15.75kV；额定频率50Hz；定子铁心外径10860mm；定子铁芯内径10200mm；定子铁芯长度1740mm；定子铁芯槽深154.5mm；铁芯通风沟层数34；铁芯通风沟高度6mm；轭部磁通密度1.0T；叠压系数：0.96；单位长度安匝数取1.9；定子铁芯磁化试验方案计算如下：
铁芯轭部截面积S=0.96×（174-34×0.6）×[（1086-1020）/2—15.45]=2587.8528(cm2)；
励磁绕组匝数WL=U/(4.44×50×2587.8528×10-4×1.0），U为试验励磁电源电压；
当试验选择10kV电源时，WL经计算为174匝；励磁电流I=3.1416×（1086-17.55）×1.9/174≈36（A）；
当试验选择380V电源时，WL经计算为6.6匝；励磁电流I=3.1416×（1086-17.55）×1.9/6.6≈966（A）；
根据以上计算，当采用10kV电源时，试验励磁绕组匝数为174匝，绕组匝数过多，增加了试验缠绕难度并有较大的励磁压降；故试验选择380V电源，由于该机组定子直径较大，采用在定子圆周方向120o均匀缠绕励磁线圈的方案，试验励磁绕组选择6匝。
试验电源容量Pe=1.732×380×966×10-3≈636（kVA），满足该容量电源较多，可选择接线距离近及容量略有富裕的电源设备进行试验。
5 结束语
在新安装机组交接试验、定子绕组发生故障、定子铁芯受到损伤时，或运行中发现有局部高温以及在大修检查中怀疑铁芯绝缘有短路时，应进行定子铁芯磁化试验。试验方案的选择既要依据详细的计算结果，又要结合试验现场设备条件进行合理选择。
参考文献
[1]陈天祥,王寅仲,海世杰编著.电气试验-2版[M].北京:中国电力出版社,2008.
[2]李建明,朱康主编.高压电气试验方法-2版[M].北京:中国电力出版社,2001.
作者简介
杨帆(1979-),男,陕西宝鸡人, 电气工程师,从事水电站机电设备安装试验监理工作。
论文作者:杨帆
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/12
标签：定子论文; 铁芯论文; 绕组论文; 励磁论文; 电源论文; 发电机论文; 电压论文; 《电力设备》2019年第14期论文;