汽轮发电机定子铁心涡流损耗的处理及验收方法

贺云龙

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)



汽轮发电机定子铁心涡流损耗的处理及验收方法

贺云龙

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

简要分析了汽轮发电机定子铁心涡流损耗的形成原因及其危害，提供了两种有效的通过切断涡流回路消除涡流损耗的工艺方法，并介绍了如何通过铁损试验的方法发现铁心异常损耗，定位铁心涡流损耗故障点，为工艺技术人员提供一定的参考借鉴作用。

铁心涡流损耗；铁损试验；插云母片；电腐蚀

0 引言

汽轮发电机定子铁心采用表面刷涂绝缘漆膜的硅钢片叠装而成。具体实施时，受硅钢片冲剪质量、冲片毛刺清理质量、绝缘漆膜刷涂质量等因素，以及定子槽楔装配时对冲片表面漆膜可能造成的损伤等影响，常出现冲片表面片间短路情况。机组运行时，如果铁心齿尖位置因绝缘损伤，形成铁心冲片表面短路，短路的冲片会通过冲片轭部与定位筋形成涡流回路，铁心将在交变的感应磁场作用下，在铁心内形成涡流损耗。铁心的涡流损耗，将会造成铁心齿尖位置发热。故铁心的涡流损耗问题，亦可以称为铁心发热问题。如温升过高没有及时发现，任其发展可能会引发铁心烧损、定子绕组绝缘击穿等严重事故。我公司制造的汽轮发电机产品，在制造过程中及出厂验收前，有很多道针对铁心的检验程序。目的就是及时发现铁心的涡流损耗，避免铁心齿尖位置温升过高。

1 铁心涡流损耗的处理方法

汽轮发电机定子铁心涡流损耗问题， 因其形成原因及表现形式， 又可以称为铁心发热问题。形成原因为由于铁心齿部绝缘漆膜损伤， 造成冲片齿尖位置片间短路， 短路的冲片由定位筋形成涡流电流回路， 造成涡流损耗，如图1所示。

根据上述铁心发热原理，处理方式主要围绕修复片间绝缘，切断涡流回路而进行。汽轮发电机铁心冲片单片的厚度非常薄，常见厚度为0.5 mm和0.35 mm。实际上，数张冲片之间短路，会因为片间电位差非常小，无法形成有危害的涡流损耗。较大范围的片间短路，才会形成明显的涡流损耗。处理过程中，不必逐张修复冲片绝缘，只需要将齿尖位置的涡流回路，分多点切断，即可避免涡流损耗，修复发热的铁心。下面介绍两种铁心发热处理方法。

图1 涡流损耗原理示意图

1.1 插云母片方法

经过铁心铁损试验后， 如发现发热点， 最简单有效的处理方法为插云母片法。使用云母片代替定子冲片片间绝缘漆膜， 切断涡流回路， 从而修复铁心发热问题。插云母片的具体工艺方法如下：

1) 外观检查。首先对铁心表面进行外观检查，检查铁心表面是否有损伤，是否有突出片，或者毛刺。如果有突出片或倾倒的毛刺，需进行剔除。

2) 准备工作。将云母片剥成薄片，并剪成便于插入铁心的三角形。检查插漆刀工具刃口，是否有卷刃、钝化情况。使用铁心测紧量工具检查待修复处铁心紧量。如紧量过高，可在发热点相邻位置钉入楔铁，并静置一段时间，以分散铁心压力，处理发热点前将楔铁取出。

3) 插云母片。将插漆刀刃口插入铁心齿尖冲片缝隙之间， 使用手锤将插漆刀钉入冲片间， 将冲片之间撑起一道缝隙。插漆刀钉入深度不宜过浅， 需超过定子槽楔槽。将裁减好的云母片插入片间缝隙， 云母片需超出冲片外边缘。垫放好云母片后， 抽出插漆刀， 并在缝隙闭合前再次调整云母片位置。按上述方法重复均匀在本段铁心其它轴向位置插入云母片， 轴向间隔6～7片左右。

4) 收尾处理。插入云母片后，静置一段之间，待铁心压力传导均匀。将暴露在铁心外的云母片剔除，并在处理后的铁心位置，刷涂一层环氧绝缘气干漆。

5) 验收复检。

1.2 电腐蚀法

如定子铁心齿尖位置，出现因磕碰、划伤等原因造成的损伤，齿尖位置出现卷边变形，或存在顽固毛刺，经过插云母片的方法处理后，仍未见效果，可以考虑使用电腐蚀的方法处理定子铁心。电腐蚀工艺方法与插云母片工艺方法的作用原理相同，主要目的同样是为了切断冲片齿尖位置的涡流回路，只是采用的工艺方法不同。前者采用物理方式隔开冲片，后者采用化学方法重新形成绝缘层。电腐蚀法采用酸蚀的方式，腐蚀冲片顽固的毛刺及棱边，使冲片表面形成一层氧化层替代绝缘漆膜，从而切断涡流回路，修复铁心发热点。

具体过程如下：

准备铁心电腐蚀修理工具， 工具前端包涤纶毡， 并用铜丝绑扎固定。工具接通自耦变压器及电流表， 调整电流为0.7 A， 并将铁心接地， 如图2所示。将磷酸、 酒精及水， 按体积比2∶2∶6的比例混合搅匀。使用工具上包扎的涤纶毡沾取电腐蚀溶液， 溶液不能沾的太饱， 以免涂刷时流淌。在铁心缺陷处进行涂刷， 大约1 min后， 移开工具，冷却10 min。用放大镜检查， 如果冲片间形成圆角， 并明显分开， 使用吹风机将铁心表面吹干。铁损试验验收合格后，表面涂一层环氧绝缘气干漆。

图2 电腐蚀原理图

2 铁心的验收方法

铁心的主要验收方法为铁损试验时的热成像检测方法。为定子铁心穿入一定匝数的电缆，为电缆通交流电，形成交变磁场，并使用热成像仪观察铁心膛内。如铁心齿尖位置存在涡流损耗，齿尖会发热，并反映在热成像仪上。另一种方法为EL-CID试验，该试验方法为测量铁心齿部表面电流。两种方法相比较，第一种方法较为直观，精度较高。EL-CID试验需要使用特殊仪器，并且需要一定的操作经验，否则影响测量结果。在条件允许情况下，应优先选用铁损试验。下面详细介绍一下铁损试验方法。

首先按如下公式计算定子铁心截面积：

式中：L为铁心长度；D1为铁心外径；D2为铁心内径；ns为通风道数量；hs为齿高；bs为通风道宽，注：线性长度单位为cm。

然后按如下公式计算试验电缆绕发电机缠绕匝数：

式中：f为频率；B为磁场强度；U为试验电压。

计算出匝数后，按图3接线。

图3 铁损试验原理图

试验开始后，为激磁绕组通交流电，通过激磁绕组在铁心内沿圆周方向形成交变的感应磁场。在定子端部架设一部热成像仪，观察铁心内部。因铁心自身的滞磁损耗，整个铁心会产生一定量的温升。

存在片间短路的铁心段，会因涡流损耗产生额外的热量，并通过高于其它位置的温升，呈现在热成像仪上。通过热成像仪上的色差，不仅可以定位短路点，还可以测量出具体的温升差距。以此方法可以查找铁心短路点、检验处理效果。

3 结语

汽轮发电机定子冲片制造工艺复杂，冲片漆膜脆弱易损，定子铁心装配工序结束并验收合格后，由于后序工序复杂，定子绕组装配及槽楔装配均可能影响铁心质量。铁心冲片漆膜容易造成磨损，产生铁心发热现象。发电机现场检修时，如铁心发生磕碰损伤，或重新装配定子槽楔，均需要进行铁损试验。做到及时发现问题，并以最简单工艺处理，避免发生严重的事故。

·信息点滴·

国产风电风机质量赶超美国仍需大幅提高

据自然杂志、路透社、华盛顿邮报报道，美国风机质量远超过中国风机质量。目前，中国国内生产的风机其质量处于较差状态。

一方面，中国风场的装机量超过了美国，相对美国(风场仅占67.7%)而言，这将会使中国的风力发电大大增加；另一方面，中国大量的装机量抵消了由并网延迟(-50.3%)、劣势的风力资源(-17.9%)和劣质的风机(-50.2%)所引发的负面联合效应。中国风电较高的削减率(-49.3%)，进一步降低了实际的风力发电。总而言之，中国39.3 TWh风力发电量远远低于美国。其他因素不变，随着中国风电的缩减，将会使其降低到19.37 TWh，这仅相当于加拿大在2012年的风电总量。虽然通过寻求转向国际的风机供应商，可以使国内劣质的风机问题在短时间内得到解决，但从长远角度来看，加大国内风机研发力度的同时，应与其他国家签订技术转让协议。

当供大于求时，抽水蓄能电站(PHS)也能储存一些电力。目前中国抽水蓄能电站(PHS)总量达16.9 GW，预计到2020年将达到50 GW。抽水蓄能电站的额外电量大部分是计划在中国的东部和南部地区，仅有16 MW是在北方(中国风场主要在北方地区)。随着抽水蓄能电站(PHS)在北方地区的增长，将会弥补弃风削减问题。中国计划到2020年增加非抽水蓄能达14.7 GW，这将可能依靠电池系统(发电)。

20160408