利用噪聲判別定子鐵心質(zhì)量的方法

茍智德，趙玉吉，富立新，魏長(zhǎng)健，韓 毅，楊村棟

（水力發(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040）

利用噪聲判別定子鐵心質(zhì)量的方法

茍智德，趙玉吉，富立新，魏長(zhǎng)健，韓 毅，楊村棟

（水力發(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040）

定子鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，主要是由于定子鐵心硅鋼片在交變作用磁通下產(chǎn)生振動(dòng)引起的。提出一種利用噪聲對(duì)定子鐵心進(jìn)行質(zhì)量判別的方法，以檢驗(yàn)定子鐵心裝配質(zhì)量，查找是否存在鐵心壓緊不實(shí)、松動(dòng)、局部空腔等問題。在定子鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行噪聲聲壓級(jí)、1/3倍頻程頻譜、局部高點(diǎn)噪聲測(cè)試。以定子鐵心在冷態(tài)和熱態(tài)的噪聲聲壓級(jí)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(duì)定子鐵心質(zhì)量判別的依據(jù)。

定子鐵心；磁化試驗(yàn)；噪聲；質(zhì)量判別

0 前言

大于所用硅鋼片的標(biāo)準(zhǔn)比損耗的1.3倍[6]。

定子鐵心是大型發(fā)電機(jī)的主要部件，是發(fā)電機(jī)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(gòu)成，它們之間相互絕緣，以減少定子鐵心內(nèi)的渦流，避免不必要的磁電損失。定子鐵心硅鋼片裝配時(shí)需充分壓緊，以防松動(dòng)[4]。

定子鐵心磁化試驗(yàn)是大型發(fā)電機(jī)制造過程中必須進(jìn)行的例行項(xiàng)目，以檢查定子鐵心裝配和絕緣質(zhì)量[5]。定子鐵心磁化試驗(yàn)利用專用的勵(lì)磁線圈，接入單相交流電源，在鐵心內(nèi)部造成交變磁通，使鐵心產(chǎn)生渦流損耗并且溫度升高，測(cè)試定子鐵心各部位溫度和勵(lì)磁損耗，計(jì)算鐵心溫升和單位重量的損耗。按照國(guó)標(biāo)《GB/T 20835-2016發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則》的規(guī)定，對(duì)定子鐵心質(zhì)量判別有三項(xiàng)，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(yīng)不

1 鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)的噪聲

鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，噪聲主要是由于鐵心硅鋼片在交變磁通作用下產(chǎn)生振動(dòng)引起的[7-10]。在鐵心磁化試驗(yàn)剛開始時(shí)，鐵心溫度還沒升高，鐵心處于冷狀態(tài)；試驗(yàn)進(jìn)行了一定時(shí)間后，由于磁滯損耗和渦流損耗產(chǎn)生熱量，鐵心溫度升高，鐵心達(dá)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(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲是不相同的[14-15]。對(duì)于鐵心質(zhì)量合格的發(fā)電機(jī)，在正常運(yùn)行時(shí)硅鋼片體積和間隙大小變動(dòng)在允許的范圍內(nèi)，冷態(tài)和熱態(tài)噪聲差別也不大；如存在鐵心壓緊不實(shí)、松動(dòng)、局部空腔，硅鋼片體積和間隙大小變動(dòng)明顯，冷態(tài)和熱態(tài)噪聲差別就會(huì)很大?；谶@種情況，提出一種利用噪聲對(duì)定子鐵心進(jìn)行質(zhì)量判別的方法。

2 噪聲測(cè)試

2.1 測(cè)試儀表及使用方式

選擇噪聲測(cè)試儀器的精度等級(jí)為1級(jí)的聲級(jí)計(jì)，該聲級(jí)計(jì)應(yīng)能進(jìn)行A計(jì)權(quán)、Z計(jì)權(quán)噪聲測(cè)試，還能進(jìn)行1/3倍頻程的測(cè)試。

進(jìn)行噪聲聲壓級(jí)測(cè)試時(shí)，聲級(jí)計(jì)的計(jì)權(quán)方式選擇“A”計(jì)權(quán)，快慢方式選擇“慢”的方式。進(jìn)行1/3倍頻程頻譜測(cè)試時(shí)，聲級(jí)計(jì)的計(jì)權(quán)方式選擇為“Z”計(jì)權(quán)，快慢方式選擇“慢”的方式。

2.2 噪聲聲壓級(jí)測(cè)試

按圖1所示噪聲聲壓級(jí)的測(cè)點(diǎn)均勻分布在機(jī)座兩側(cè)，每側(cè)至少7個(gè)側(cè)點(diǎn)，在機(jī)座2個(gè)端部至少3個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試距離為1m，測(cè)試高度為發(fā)電機(jī)中心線高度。在鐵心磁化試驗(yàn)開始的第5min和試驗(yàn)進(jìn)行到第30min后分別進(jìn)行噪聲測(cè)試，第5min的測(cè)試值作為冷態(tài)時(shí)的噪聲，第30min的測(cè)試值作為熱態(tài)時(shí)的噪聲。相鄰2點(diǎn)的噪聲測(cè)試值應(yīng)不大于3dB；若相鄰2點(diǎn)大于3dB，應(yīng)在這2點(diǎn)之間增加測(cè)點(diǎn)。在測(cè)試過程中，標(biāo)記出噪聲較高點(diǎn)的部位。

圖1 噪聲聲壓級(jí)測(cè)點(diǎn)位置

2.3 1/3倍頻程測(cè)試

噪聲1/3倍頻程的測(cè)點(diǎn)有4點(diǎn)，在機(jī)座每一側(cè)的中部各有一個(gè)測(cè)點(diǎn)，在每一端部的中部各有一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試距離為1m，測(cè)試高度為發(fā)電機(jī)中心線高度。分別在鐵心磁化試驗(yàn)開始的第5min和試驗(yàn)進(jìn)行到第30min后分別進(jìn)行測(cè)試，第5min的測(cè)試值作為冷態(tài)時(shí)的噪聲，第30min的測(cè)試值作為熱態(tài)時(shí)的噪聲。

2.4 局部高點(diǎn)噪聲測(cè)試

在噪聲聲壓級(jí)測(cè)試過程中，若發(fā)現(xiàn)某處噪聲偏高，應(yīng)對(duì)噪聲偏高部位進(jìn)行局部高點(diǎn)噪聲的測(cè)試。局部高點(diǎn)噪聲測(cè)試，可在熱態(tài)下進(jìn)行。局部高點(diǎn)測(cè)試范圍為機(jī)座上20cm×20cm的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)均勻分布上、中、下各3點(diǎn)，共9個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)試距離為10cm。

3 噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算和處理

對(duì)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)，進(jìn)行如下計(jì)算和處理。

3.1 冷態(tài)與熱態(tài)下噪聲差值

對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)試的噪聲聲壓級(jí)取算術(shù)平均值，冷態(tài)噪聲聲壓級(jí)測(cè)試值，即為第5min測(cè)試值；熱態(tài)噪聲聲壓級(jí)測(cè)試值，即為第30min測(cè)試值，并計(jì)算冷態(tài)與熱態(tài)噪聲聲壓級(jí)算術(shù)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(cè)點(diǎn)測(cè)試的1/3倍頻程的中心頻率繪制在同一個(gè)頻譜圖上，其中頻譜圖的橫坐標(biāo)為1/3倍頻程各中心頻率的序號(hào)，縱坐標(biāo)為1/3倍頻程各中心頻率的噪聲測(cè)試值。

3.3 最大局部噪聲差值

局部高點(diǎn)噪聲測(cè)試，可在熱態(tài)下進(jìn)行。對(duì)局部噪聲9點(diǎn)的測(cè)試值，相互間進(jìn)行差值對(duì)比，其中差值最大的，即為最大局部噪聲差值。

4 鐵心質(zhì)量判別

鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)的噪聲，按照以下3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鐵心質(zhì)量進(jìn)行判別[16]：

（1）冷態(tài)和熱態(tài)噪聲差值應(yīng)不大于5dB；如差值大于5dB，存在鐵心松動(dòng)現(xiàn)象。

（2）冷態(tài)和熱態(tài)噪聲1/3倍頻程頻譜圖，應(yīng)無異常差別；如二者的頻譜圖明顯異常，存在鐵心松動(dòng)現(xiàn)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(dòng)現(xiàn)象。

5 應(yīng)用實(shí)例

5.1 試驗(yàn)發(fā)電機(jī)及噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)

對(duì)一臺(tái)300MW的汽輪發(fā)電機(jī)鐵心裝壓完畢、鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)進(jìn)行了噪聲測(cè)試，并利用噪聲進(jìn)行了質(zhì)量判別。

鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)，冷態(tài)、熱態(tài)聲壓級(jí)噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

鐵心磁化試驗(yàn)時(shí)，冷態(tài)、熱態(tài)噪聲1/3倍頻程測(cè)試數(shù)據(jù)，見表2。

5.2 測(cè)試計(jì)算及繪制頻譜圖

對(duì)各測(cè)點(diǎn)測(cè)試的噪聲聲壓級(jí)取算術(shù)平均值，見公式（1）：

式中：Pi——各測(cè)點(diǎn)噪聲聲壓級(jí)的測(cè)試值，dB；

N——測(cè)點(diǎn)數(shù)；

計(jì)算冷態(tài)與熱態(tài)噪聲聲壓級(jí)算術(shù)平均值的差值，見表3。

表1 噪聲聲壓級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)

表2 噪聲1/3倍頻程測(cè)試數(shù)據(jù)

表3 冷態(tài)與熱態(tài)噪聲聲壓級(jí)差值

對(duì)冷態(tài)、熱態(tài)同一位置，測(cè)試的1/3倍頻程的中心頻率繪制在同一個(gè)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(hào)17（800Hz）到序號(hào)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(dòng)的現(xiàn)象。

5.3 鐵心質(zhì)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(jié)論

基于定子鐵心硅鋼片結(jié)構(gòu)和鐵心磁化試驗(yàn)的磁熱效應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，通過測(cè)試分析噪聲，進(jìn)行鐵心壓緊不實(shí)、松動(dòng)、局部空腔的一種檢測(cè)和判斷方法。這種方法是對(duì)國(guó)標(biāo)《GB/T 20835-2016發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則》規(guī)定的溫升限值、比損耗限值質(zhì)量判定方法的擴(kuò)展和補(bǔ)充。當(dāng)溫升、比損耗無法準(zhǔn)確進(jìn)行質(zhì)量判定時(shí)，利用噪聲對(duì)定子鐵心進(jìn)行質(zhì)量判別有很大的便捷直觀優(yōu)勢(shì)。

利用噪聲對(duì)定子鐵心進(jìn)行質(zhì)量判別是一種新的判別方法，無論對(duì)鐵心整體還是局部松動(dòng)，都有其獨(dú)到之處。尤其是1/3倍頻程頻譜對(duì)比圖，無論從直觀性還是鐵心噪聲產(chǎn)生機(jī)理，對(duì)定子鐵心進(jìn)行質(zhì)量判別是一種強(qiáng)有力的實(shí)證方法。

[1]湯蘊(yùn)璆.電機(jī)學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[2]許實(shí)章.電機(jī)學(xué)(下)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1981.

[3]白延年.水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1982.

[4]才家剛.電機(jī)試驗(yàn)技術(shù)及設(shè)備手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[5]沈標(biāo)正.電機(jī)故障診斷技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1996.

[6]2016GBT.發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)導(dǎo)則[S],2016.

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

[8]茍智德,孫振濤,常德剛.電機(jī)定子鐵損試驗(yàn)研究與對(duì)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(jī)定子鐵心片間短路故障診斷系統(tǒng)[J].華北電力技術(shù),2004(2):34-37.

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

[11]成德明.對(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵心磁化試驗(yàn)比損耗值的計(jì)算分析[J].水電站機(jī)電技術(shù),2015,38(3):31-33.

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

[13]龔宇,崔巍,章躍進(jìn).考慮局部磁滯損耗的復(fù)合電機(jī)鐵損耗計(jì)算[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),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(duì)變壓器鐵心損耗仿真的影響[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2014,29(5):43-48.

[15]黃平林.旋轉(zhuǎn)電機(jī)鐵心損耗的分析與計(jì)算[D].南京:東南大學(xué),2007.

[16]茍智德,富立新,焦曉霞.利用噪聲對(duì)定子鐵心進(jìn)行質(zhì)量判別的方法[P].專利號(hào)：ZL201410038029.9.

茍智德（1970-），1994年畢業(yè)于大連輕工業(yè)學(xué)院電氣技術(shù)專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位，2007年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，獲工程碩士學(xué)位，主要從事大型發(fā)電機(jī)性能試驗(yàn)研究及故障分析研究，高級(jí)工程師。

審稿人：劉公直

[作者簡(jiǎn)介]

李永剛（1967-），畢業(yè)于華北電力大學(xué)電機(jī)與電器專業(yè)，博士，從事大型發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)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