大型发电机定子铁芯绝缘损坏检测方法试验分析

袁硕　刘天羽

摘 要：针对发电机定子铁芯绝缘检测，介绍了传统的定子铁芯损耗试验法和EL CID测试法（Electro-magnetic Core Imperfection Detector），并阐述了电磁铁芯故障检测仪中Chattock磁位计的工作原理和整套检测设备的连接。对比2种检测方法得出，EL CID法具有低励磁、高效、易操作的特点，能够快速、安全地判定定子铁芯的故障部位。

关键词：绝缘检测；铁芯损耗试验法；EL CID法；Chattock磁位计

中图分类号：TM307+.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.03.022

发电机是由定子、转子和定子基座三大部分组成的，定子铁芯为发电机提供磁回路，固定定子绕组线圈。定子铁芯一般由0.35～0.5 mm厚的硅钢片叠成，硅钢片涂有绝缘漆膜，且硅钢片一侧通过铁芯紧固棒紧固在一起。定子铁芯是发电机故障的频发部件，主要原因是定子铁芯叠片间的绝缘漆膜易损坏，叠片间短路，叠片与紧固棒形成闭合回路，产生涡流电流，导致定子铁芯局部过热。

铁芯叠片间短路的常见原因有以下3点：①硅钢片厚度不均，边缘有毛刺或漆膜质量差。②定子硅钢片压装不到位。由于压力不足，导致硅钢片振动，长时间运行使叠片磨损、绝缘损坏。③发电机运行时，有金属颗粒等質地坚硬的物体落入发电机定子铁芯中，导致叠片间绝缘损坏。

定子铁芯出现绝缘损坏的情况时，务必要停机检测、维修，这必定会影响正常发电，减少经济效益；更严重的是，还会导致区域性断电，影响人们的正常生活。在发电机交接试验、更换定子绕组或是定子铁芯疑似有损伤时，要对发电机进行定子铁芯短路故障检测，判断发电机能否正常运行。本文简要介绍了检测发电机定子铁芯短路故障的2种试验方法，即传统的定子铁耗试验法和铁芯损伤电磁感应检测。

1 定子铁耗试验

1.1 试验原理

定子铁耗试验的基本原理是：拆下发电机转子，定子铁芯上缠绕励磁绕组；通入交流电，定子膛中生成接近饱和的交变磁通；定子铁芯中产生涡流和磁滞损耗，使定子铁芯局部发热（定子铁芯中叠片间绝缘漆受损加剧，会产生更大的涡流，温度也会进一步升高）；使用红外线成像仪测量发现高温点，与 标准数据进行比较，进而发现疑似故障点。

1.2 铁损法试验原理图和现场

铁损法的试验原理和试验现场情况如图1、图2所示。

1.3 铁损法试验的缺陷

定子铁耗试验（Lose Test Of Core）是检测铁芯故障试验的传统方法，它在过去的定子铁芯绝缘检测中的使用率比较高，但也存在一些不足，具体表现在以下几个方面：①要求使用大功率电源设备（通常需要3 MVA），励磁电源要提供额定磁通80%～100%的磁通量，磁通量要求比较高。②高电压、高电流。检测试验需要多人参与，高电压、高电流的存在会给工作带来一些安全隐患。③预热设备价格昂贵。使用红外热成像技术测量温度来确定故障点，需要进行检测前加热升温，以达到检测要求。④有些设备可能冷却不及时就会有潜在的损坏风险，并且可能会威胁到工作人员的安全。⑤一般只能检测定子齿表面的故障，深部故障检测能力比较差。

2 EL CID测试法

20世纪70年代末，英国中心电力委员会（Central Electricity Generating Board）研究、验证了一种采用电磁方式检测铁芯叠片故障的方法，即EL CID试验法。通过多年的研究发展，EL CID试验法被广泛应用。

2.1 EL CID试验原理

EL CID测试法的试验原理是：先进行励磁，在定子膛穿过1根励磁电缆，通入给定值交流电，定子膛均匀分布符合工作要求的磁通。此时，因绝缘损伤而短路的硅钢片和铁芯紧固棒形成闭合回路，产生故障电流，如图3所示。然后，使用Chattock磁位计感应故障电流产生的磁场，实现对故障点的检测。这种检测方法工作量少，且只需施加额定励磁磁通量的4%.

3 结论

与铁芯损耗法相比，EL CID法的优点是：①只需要约4%的额定磁通下的磁场；②只需要小功率的电源设备，易于配备和搬运，铁芯故障检测的设备部件损毁后更换容易；③工作量减少，操作简单，安全系数高，在抢修过程中会节约时间，减少经济损失；④EL CID铁芯试验灵敏度比较高，不仅可以准确检测出定子表面的故障点，也可以通过EL CID典型故障波形来检测分析铁芯深处故障点。

参考文献

[1]孟大伟，林海鹏，孟庆伟，等.大型发电机定子铁心片间短路检测系统设计[J].哈尔滨理工大学学报，2013，18（3）：12-15，21.

[2]刘微微，刘红.水电站水轮发电机定子铁心铁损试验的现场实施[J].内蒙古电力技术，2012，30（1）：107-112.

[3]李刚，怡凯.红外热成像技术检测发电机铁心故障的研究[J].宁夏电力，2012（6）：5-7，12.

[4]范林，赵海涛，李新平，等.大型发电机定子铁芯损耗试验分析[J].河北电力技术，2012，31（6）：18-19，42.

[5]贾志东，白雨，张征平，等.用于发电机定子铁芯的铁芯损伤电磁感应检测法检测原理分析[J].高电压技术，2015，41（1）：123-131.

[6]王成亮.基于低励磁法的发电机铁心故障检测研究[J].大电机技术，2010（6）：9-13.

[7]SUTTON.J，EL CID：an easier way to test stator cores.Electrical Review，1980，207（1）：33-37.

[8]NAMARBAM，ENG P.A Collection of Case Studies of EL CID Test.Presented at Latin America Power 2000，2000.

[9]胡常春.应用电磁定子铁芯故障探测仪进行发电机试验[J].发电设备，2009（1）：59-61.

〔编辑：白洁〕