張鍇
(哈電集團現(xiàn)代制造服務(wù)產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150046)
(1)定子線圈絕緣擊穿和絕緣水平下降,這種故障多數(shù)發(fā)生在使用十年左右的電機上,發(fā)生這種故障時線圈絕緣局部發(fā)生損壞或造成擊穿現(xiàn)象發(fā)生,相對來比,這種故障造成的燒損是比較嚴(yán)重的,在維修方面需要很長的時間才能使故障恢復(fù)到正常運行的狀態(tài),且維修中的費用也比較高。
(2)由于定子線圈的燒損嚴(yán)重,對相復(fù)勵的電機來說,嚴(yán)重的會燒毀電流互感器、電抗器、橋式整流器以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈繞組,使轉(zhuǎn)子線圈匝間短路及變形,振動增加。
(3)由于外部環(huán)境中的土塵、水泥等顆粒性物質(zhì)及水和油污等物質(zhì)浸濕絕緣層或絕緣線圈,再加之在槽口拐彎部位浸漆的不完全,都會使定子線圈的絕緣層損壞,因為在這些易損部位,當(dāng)電場集中時,這些部位承受的變應(yīng)力就很大,在正常工作一段時間后就會暴露出來,這樣就會引起電壓擊穿或接地?zé)龤У仁鹿实陌l(fā)生,對正常的運行情況造成影響。
(4)線圈燒毀還有另一個主要原因,在電機使用過程中,平時缺乏必要的檢修和保養(yǎng),電機正常運轉(zhuǎn)過程中會使軸承產(chǎn)生一定的磨損,磨損嚴(yán)重后會造成轉(zhuǎn)子掃膛,這時的定子就會持續(xù)高溫狀態(tài),因而持續(xù)的高溫就會燒毀線圈,使之無法正常工作。
在線圈絕緣老化時,接地電阻、匝間絕緣電阻及相間絕緣電阻均達不到規(guī)定的最低耐壓標(biāo)準(zhǔn),這時就會表現(xiàn)在相組正常運行時出現(xiàn)電壓擊穿現(xiàn)象。
一些大的發(fā)電機組一般都是運行的年數(shù)較久,運行十年左右的機組占很大一部分,這部分機組普遍設(shè)計于七八十年代,由于當(dāng)時的科技水平與現(xiàn)在還存著較大的差距,所以在絕緣層上多數(shù)采用云母及黃臘綢絕緣結(jié)構(gòu),漆包線采用耐溫120度的漆包線繞制而成,這些材料在機組經(jīng)年累月的運行下,絕緣材料自身會產(chǎn)生揮發(fā)現(xiàn)象,材料的揮發(fā)就會導(dǎo)致絕緣層內(nèi)松散,甚至脆化,這樣的絕緣層在強電場的情況下,內(nèi)部的空隙就會產(chǎn)生內(nèi)游離,逐漸與絕緣層脫離,如果機組在正常運行時還不會有明顯的變化,一旦機組運行異常,如系統(tǒng)電壓波動,油垢浸蝕,短路沖擊,或機械振動等,脫離的絕緣層會立刻發(fā)生絕緣擊穿事故。
對于一些使用多年的機組,在起動時會發(fā)生電壓調(diào)不上去的現(xiàn)象,在經(jīng)過一段時間后才能恢復(fù)到正常水平,引起這種現(xiàn)象多數(shù)是由于絕緣漆發(fā)生脫殼和股線松散造成線圈絕緣不良槽底絕緣紙老化等原因造成的,這種情況下一旦電場變強,就會在內(nèi)游離作用下使導(dǎo)線和絕緣層進行脫離,在這種脫殼狀態(tài)下,當(dāng)電磁力和機械力相互摩擦過程中會引起股線之間短路或擊穿,還有當(dāng)浸漆不透時,也會造成絕緣層內(nèi)含氣量大,產(chǎn)生內(nèi)流離現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生故障的線圈進行拆卸時會發(fā)現(xiàn),股線內(nèi)有腐蝕及銹跡的情況,絕緣內(nèi)有麻點。
發(fā)電機在運行過程中,較長時間的超負(fù)荷運行,勢必引起絕緣老化,造成匝間短路,機組振動較大,對風(fēng)扇冷卻的發(fā)電機,如何提高線圈的耐溫系數(shù),與發(fā)電機正常運行,出力監(jiān)定和絕緣壽命關(guān)系極大,特別是提高出力運行,這成為行業(yè)重要技術(shù)問題之一。
七八十年我國生產(chǎn)的300Kw以下發(fā)電機組大都在定子線圈中不放置測溫元件,發(fā)電機線圈的最熱點在正常運行時,應(yīng)在槽內(nèi)沿軸向長度的中部,但在提高出力時,最熱點已經(jīng)轉(zhuǎn)移到端部了,這時發(fā)電機由于過荷引起定子線圈絕緣加速老化,過熱燒損線圈和鐵芯,更危險的是加速引起端部的線圈過熱著火事故。
最初假設(shè)線圈的全部橫斷面上的電流密度j是一樣的。那么從槽底到槽口的磁密度應(yīng)當(dāng)是直線增大的。但是,渦流也產(chǎn)生自己的交變磁場,方向與原主電流建立的磁場相反,削弱原主電流建立漏磁場。從槽底到槽口的密度是逐步增大的,靠槽底的導(dǎo)線感應(yīng)電動勢最小,靠槽口的感應(yīng)電動勢最大。 因此,渦流的電流密度沿槽高度分布是不均勻的,槽底導(dǎo)線的電流密度最小,槽口導(dǎo)線電流密度最大。
發(fā)電機定子線圈槽部和端部的損傷是不同的,嚴(yán)格的說由于端部各部分的漏磁密度不等,部端各部分的損壞也是不同的,另一方面,沿軸向長度。每一小段的散熱情況是不一樣的,比如,槽部的徑向通風(fēng)量不一定相等。端部有綁線沿線圈長度的風(fēng)量分布就更加不均勻了。再加發(fā)電機底部線圈因受泥沙、油污的浸蝕,堵滿了槽口,因此沿外圓端部的散熱情況也是不同的。
在長度力一向上溫度高低規(guī)律隨電流變化的典型實例是有些發(fā)電機帶額定負(fù)荷,特別是提高出力后,端部線圈的溫度比槽部的溫度高,有的發(fā)電機端部過熱后,有瀝青膠流出,而槽部仍很正常,有的發(fā)電機最端部線圈過熱著火燒壞,拔出線圈檢查槽部發(fā)黑的情況輕微些。
當(dāng)電流超過一定值后,端部線圈比槽部線圈溫度高的現(xiàn)象可以解釋如下:槽部線圈主要靠鐵芯傳熱,隨著電流的增大,槽部的銅、鐵溫差增大,相對地說線圈的散熱條件逐漸改善了,所以槽部線圈的溫升一電流平方關(guān)系直線斜率小一些。
根據(jù)多年來發(fā)電機損壞事故和重大事故分析,以及運行維護的經(jīng)驗,下面談?wù)劙l(fā)電機事故預(yù)防的技術(shù)措施,以提高發(fā)電機出力。
(1)嚴(yán)格控制發(fā)電機定子線圈的溫度,采用線圈中埋設(shè)測溫儀,在配電屏安裝溫度計,其觀察定子線圈的溫度不超過改造后的線圈耐溫值。
(2)發(fā)電機定子線圈最熱點和局部銅溫的最高允許值提高,是受所用材料的耐溫性能的限制,所以選擇漆包線,絕緣材料,絕緣漆及絕緣套管等猶為重要。
發(fā)電機作為大型動力設(shè)備,由于其體積小、功率大、轉(zhuǎn)速高、運行平穩(wěn)等眾多優(yōu)點,在水電站中占有極其重要的位置,其安全運行對水電站的正常運營起著重要的作用,隨著科學(xué)技術(shù)的進步,發(fā)電機組不斷的向大型化和自動化方向發(fā)展,一旦這樣的機組發(fā)生故障將會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失,所以在正常運行中就需要及時對機組進行檢測,深入研究發(fā)電機各種故障的機理及發(fā)生原因,提早預(yù)防及檢修,避免事故的發(fā)生,提高發(fā)電機的可用性。
[1]張頌,李向偉.水輪發(fā)電機磁極線圈匝間絕緣的檢測[J].電工技術(shù),1998(03).
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