茍智德，趙玉吉，富立新，魏長健，韓 毅，楊村棟

（水力發(fā)電設備國家重點實驗室，哈爾濱 150040）

利用噪聲判別定子鐵心質量的方法

茍智德，趙玉吉，富立新，魏長健，韓 毅，楊村棟

（水力發(fā)電設備國家重點實驗室，哈爾濱 150040）

定子鐵心磁化試驗時會產生噪聲，主要是由于定子鐵心硅鋼片在交變作用磁通下產生振動引起的。提出一種利用噪聲對定子鐵心進行質量判別的方法，以檢驗定子鐵心裝配質量，查找是否存在鐵心壓緊不實、松動、局部空腔等問題。在定子鐵心磁化試驗時，進行噪聲聲壓級、1/3倍頻程頻譜、局部高點噪聲測試。以定子鐵心在冷態(tài)和熱態(tài)的噪聲聲壓級差值不大于5dB、冷態(tài)和熱態(tài)的噪聲1/3倍頻程頻譜圖無異常差別、最大局部噪聲差值不大于3dB，作為噪聲對定子鐵心質量判別的依據。

定子鐵心；磁化試驗；噪聲；質量判別

0 前言

大于所用硅鋼片的標準比損耗的1.3倍[6]。

定子鐵心是大型發(fā)電機的主要部件，是發(fā)電機主磁路的通道[1-3]。定子鐵心由多層彼此間距0.5mm厚絕緣層的硅鋼片構成，它們之間相互絕緣，以減少定子鐵心內的渦流，避免不必要的磁電損失。定子鐵心硅鋼片裝配時需充分壓緊，以防松動[4]。

定子鐵心磁化試驗是大型發(fā)電機制造過程中必須進行的例行項目，以檢查定子鐵心裝配和絕緣質量[5]。定子鐵心磁化試驗利用專用的勵磁線圈，接入單相交流電源，在鐵心內部造成交變磁通，使鐵心產生渦流損耗并且溫度升高，測試定子鐵心各部位溫度和勵磁損耗，計算鐵心溫升和單位重量的損耗。按照國標《GB/T 20835-2016發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導則》的規(guī)定，對定子鐵心質量判別有三項，其一，鐵心最大溫升限值為25K；其二，鐵心相同部位（定子齒或槽）溫差限值為15K；其三，定子鐵心比損耗值應不

1 鐵心磁化試驗時的噪聲

鐵心磁化試驗時會產生噪聲，噪聲主要是由于鐵心硅鋼片在交變磁通作用下產生振動引起的[7-10]。在鐵心磁化試驗剛開始時，鐵心溫度還沒升高，鐵心處于冷狀態(tài)；試驗進行了一定時間后，由于磁滯損耗和渦流損耗產生熱量，鐵心溫度升高，鐵心達到熱狀態(tài)[11-13]。

在冷態(tài)和熱態(tài)，由于硅鋼片體積和間隙大小不同，鐵心硅鋼片產生的振動和噪聲是不相同的[14-15]。對于鐵心質量合格的發(fā)電機，在正常運行時硅鋼片體積和間隙大小變動在允許的范圍內，冷態(tài)和熱態(tài)噪聲差別也不大；如存在鐵心壓緊不實、松動、局部空腔，硅鋼片體積和間隙大小變動明顯，冷態(tài)和熱態(tài)噪聲差別就會很大?；谶@種情況，提出一種利用噪聲對定子鐵心進行質量判別的方法。

2 噪聲測試

2.1 測試儀表及使用方式

選擇噪聲測試儀器的精度等級為1級的聲級計，該聲級計應能進行A計權、Z計權噪聲測試，還能進行1/3倍頻程的測試。

進行噪聲聲壓級測試時，聲級計的計權方式選擇“A”計權，快慢方式選擇“慢”的方式。進行1/3倍頻程頻譜測試時，聲級計的計權方式選擇為“Z”計權，快慢方式選擇“慢”的方式。

2.2 噪聲聲壓級測試

按圖1所示噪聲聲壓級的測點均勻分布在機座兩側，每側至少7個側點，在機座2個端部至少3個測點，測試距離為1m，測試高度為發(fā)電機中心線高度。在鐵心磁化試驗開始的第5min和試驗進行到第30min后分別進行噪聲測試，第5min的測試值作為冷態(tài)時的噪聲，第30min的測試值作為熱態(tài)時的噪聲。相鄰2點的噪聲測試值應不大于3dB；若相鄰2點大于3dB，應在這2點之間增加測點。在測試過程中，標記出噪聲較高點的部位。

圖1 噪聲聲壓級測點位置

2.3 1/3倍頻程測試

噪聲1/3倍頻程的測點有4點，在機座每一側的中部各有一個測點，在每一端部的中部各有一個測點，測試距離為1m，測試高度為發(fā)電機中心線高度。分別在鐵心磁化試驗開始的第5min和試驗進行到第30min后分別進行測試，第5min的測試值作為冷態(tài)時的噪聲，第30min的測試值作為熱態(tài)時的噪聲。

2.4 局部高點噪聲測試

在噪聲聲壓級測試過程中，若發(fā)現某處噪聲偏高，應對噪聲偏高部位進行局部高點噪聲的測試。局部高點噪聲測試，可在熱態(tài)下進行。局部高點測試范圍為機座上20cm×20cm的區(qū)域，該區(qū)域內均勻分布上、中、下各3點，共9個測點，測試距離為10cm。

3 噪聲測試數據計算和處理

對噪聲測試數據，進行如下計算和處理。

3.1 冷態(tài)與熱態(tài)下噪聲差值

對各測點測試的噪聲聲壓級取算術平均值，冷態(tài)噪聲聲壓級測試值，即為第5min測試值；熱態(tài)噪聲聲壓級測試值，即為第30min測試值，并計算冷態(tài)與熱態(tài)噪聲聲壓級算術平均值的差值。

3.2 繪制頻譜圖

將冷態(tài)（第5min）和熱態(tài)（第30min）各測點測試的1/3倍頻程的中心頻率繪制在同一個頻譜圖上，其中頻譜圖的橫坐標為1/3倍頻程各中心頻率的序號，縱坐標為1/3倍頻程各中心頻率的噪聲測試值。

3.3 最大局部噪聲差值

局部高點噪聲測試，可在熱態(tài)下進行。對局部噪聲9點的測試值，相互間進行差值對比，其中差值最大的，即為最大局部噪聲差值。

4 鐵心質量判別

鐵心磁化試驗時的噪聲，按照以下3項標準對鐵心質量進行判別[16]：

（1）冷態(tài)和熱態(tài)噪聲差值應不大于5dB；如差值大于5dB，存在鐵心松動現象。

（2）冷態(tài)和熱態(tài)噪聲1/3倍頻程頻譜圖，應無異常差別；如二者的頻譜圖明顯異常，存在鐵心松動現象。

（3）最大局部噪聲差值，不大于3dB；如最大局部噪聲相差3dB以上，存在鐵心局部松動現象。

5 應用實例

5.1 試驗發(fā)電機及噪聲測試數據

對一臺300MW的汽輪發(fā)電機鐵心裝壓完畢、鐵心磁化試驗時進行了噪聲測試，并利用噪聲進行了質量判別。

鐵心磁化試驗時，冷態(tài)、熱態(tài)聲壓級噪聲測試數據見表1。

鐵心磁化試驗時，冷態(tài)、熱態(tài)噪聲1/3倍頻程測試數據，見表2。

5.2 測試計算及繪制頻譜圖

對各測點測試的噪聲聲壓級取算術平均值，見公式（1）：

式中：Pi——各測點噪聲聲壓級的測試值，dB；

N——測點數；

計算冷態(tài)與熱態(tài)噪聲聲壓級算術平均值的差值，見表3。

表1 噪聲聲壓級測試數據

表2 噪聲1/3倍頻程測試數據

表3 冷態(tài)與熱態(tài)噪聲聲壓級差值

對冷態(tài)、熱態(tài)同一位置，測試的1/3倍頻程的中心頻率繪制在同一個頻譜圖上，如圖2所示。

圖2 噪聲1/3倍頻程頻譜差異圖

可看出中心頻率從序號17（800Hz）到序號25（5000Hz），二者（冷態(tài)和熱態(tài)）頻譜圖發(fā)生分離，噪聲頻譜相差很大。這種噪聲頻譜的異常差別說明：冷態(tài)和熱態(tài)硅鋼片體積和間隙大小變化很大，存在鐵心松動的現象。

5.3 鐵心質量判斷

（1）鐵心冷態(tài)和熱態(tài)噪聲差值為9.6dB，大于5dB；

（2）鐵心冷態(tài)和熱態(tài)噪聲1/3倍頻程頻譜圖，存在異常差別。

通過噪聲判定：定子鐵心不合格。

6 結論

基于定子鐵心硅鋼片結構和鐵心磁化試驗的磁熱效應產生振動和噪聲，通過測試分析噪聲，進行鐵心壓緊不實、松動、局部空腔的一種檢測和判斷方法。這種方法是對國標《GB/T 20835-2016發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導則》規(guī)定的溫升限值、比損耗限值質量判定方法的擴展和補充。當溫升、比損耗無法準確進行質量判定時，利用噪聲對定子鐵心進行質量判別有很大的便捷直觀優(yōu)勢。

利用噪聲對定子鐵心進行質量判別是一種新的判別方法，無論對鐵心整體還是局部松動，都有其獨到之處。尤其是1/3倍頻程頻譜對比圖，無論從直觀性還是鐵心噪聲產生機理，對定子鐵心進行質量判別是一種強有力的實證方法。

[1]湯蘊璆.電機學[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

[2]許實章.電機學(下)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1981.

[3]白延年.水輪發(fā)電機設計與計算[M].機械工業(yè)出版社,1982.

[4]才家剛.電機試驗技術及設備手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[5]沈標正.電機故障診斷技術[M].北京：機械工業(yè)出版社,1996.

[6]2016GBT.發(fā)電機定子鐵心磁化試驗導則[S],2016.

[7]周云山,張立輝.電機定子鐵損試驗的研究[J].東方電機,2009,37(1):26-29.

[8]茍智德,孫振濤,常德剛.電機定子鐵損試驗研究與對比分析[J].黑龍江電力,2004,26(2):103-105.

[9]王勁松,吳宇輝.發(fā)電機定子鐵心片間短路故障診斷系統[J].華北電力技術,2004(2):34-37.

[10]茍智德,王靖.汽輪發(fā)電機噪聲的測試與頻譜分析[J].大電機技術,2009(6):27-30.

[11]成德明.對發(fā)電機定子鐵心磁化試驗比損耗值的計算分析[J].水電站機電技術,2015,38(3):31-33.

[12]趙小軍,崔燦,李琳,等.基于定點諧波平衡法的鐵心磁滯與損耗特性分析[J].電工技術學報, 2014,29(7):10-18.

[13]龔宇,崔巍,章躍進.考慮局部磁滯損耗的復合電機鐵損耗計算[J].中國電機工程學報,2014, 34(030):5395-5400.

[14]張艷麗,彭志華,謝德馨,等.直流偏磁下不同磁化曲線對變壓器鐵心損耗仿真的影響[J].電工技術學報,2014,29(5):43-48.

[15]黃平林.旋轉電機鐵心損耗的分析與計算[D].南京:東南大學,2007.

[16]茍智德,富立新,焦曉霞.利用噪聲對定子鐵心進行質量判別的方法[P].專利號：ZL201410038029.9.

茍智德（1970-），1994年畢業(yè)于大連輕工業(yè)學院電氣技術專業(yè)，獲學士學位，2007年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學，獲工程碩士學位，主要從事大型發(fā)電機性能試驗研究及故障分析研究，高級工程師。

審稿人：劉公直

[作者簡介]

李永剛（1967-），畢業(yè)于華北電力大學電機與電器專業(yè)，博士，從事大型發(fā)電機在線監(jiān)測與故障診斷技術研究，教授。

審稿人：李桂芬

Stator Core Quality Judgment by Noise

GOU Zhide,ZHAO Yuji,FU Lixin,WEI Changjian,HAN Yi,YANG Cundong
(State Key Laboratory of Hydro-power Equipment,Harbin 150040,China)

In case of magnetization test,generator stator core produces noise,the main reason is the laminated core vibration under the alternating magnetic flux.In this paper,a method of stator core quality judgment by noise is proposed to check the core assembly quality,and find out if there is looseness or partial void.During magnetization test,A-Weighted sound pressure level,one-third octave frequency spectrum and partial noise are measured.There are three judgment standards of the stator core quality.First of all,the difference of the noise sound pressure level between cold state and hot state is not more than 5dB.Secondly,there is no special difference of one-third frequency spectrum under cold state and hot state,and thirdly the maximum difference of partial noise is not more than 3dB.

stator core;magnetization test;noise;quality judgment

TM301.4

A

1000-3983(2017)01-0016-04

2015-09-02