發(fā)電機(jī)常見故障分析及預(yù)防措施

張鍇

(哈電集團(tuán)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 發(fā)電機(jī)損壞線圈故障原因分析

(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(jī)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(yùn)行的狀態(tài)，且維修中的費(fèi)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(jī)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(jī)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(yùn)行情況造成影響。

(4)線圈燒毀還有另一個主要原因，在電機(jī)使用過程中，平時缺乏必要的檢修和保養(yǎng)，電機(jī)正常運(yùn)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。

2 絕緣老化分析

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(dá)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(yùn)行時出現(xiàn)電壓擊穿現(xiàn)象。

2.1 運(yùn)行年數(shù)久出現(xiàn)絕緣老化

一些大的發(fā)電機(jī)組一般都是運(yùn)行的年數(shù)較久，運(yùn)行十年左右的機(jī)組占很大一部分，這部分機(jī)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(jī)組經(jīng)年累月的運(yùn)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(qiáng)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(jī)組在正常運(yùn)行時還不會有明顯的變化，一旦機(jī)組運(yùn)行異常，如系統(tǒng)電壓波動，油垢浸蝕，短路沖擊，或機(jī)械振動等，脫離的絕緣層會立刻發(fā)生絕緣擊穿事故。

2.2 浸膠不良，絕緣脫殼，股線松散

對于一些使用多年的機(jī)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(qiáng)，就會在內(nèi)游離作用下使導(dǎo)線和絕緣層進(jìn)行脫離，在這種脫殼狀態(tài)下，當(dāng)電磁力和機(jī)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(jìn)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(diǎn)。

3 轉(zhuǎn)子線圈過熱燒損分析

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，較長時間的超負(fù)荷運(yùn)行，勢必引起絕緣老化，造成匝間短路，機(jī)組振動較大，對風(fēng)扇冷卻的發(fā)電機(jī)，如何提高線圈的耐溫系數(shù)，與發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，出力監(jiān)定和絕緣壽命關(guān)系極大，特別是提高出力運(yùn)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(jī)組大都在定子線圈中不放置測溫元件，發(fā)電機(jī)線圈的最熱點(diǎn)在正常運(yùn)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(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)移到端部了，這時發(fā)電機(jī)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。

4 定子線圈溫度分布的分析

4.1 首先分析槽內(nèi)單層線圈的情況

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。

4.2 軸向溫度分布

發(fā)電機(jī)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(jī)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(shí)例是有些發(fā)電機(jī)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(jī)端部過熱后，有瀝青膠流出，而槽部仍很正常，有的發(fā)電機(jī)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。

5 發(fā)電機(jī)事故預(yù)防措施

根據(jù)多年來發(fā)電機(jī)損壞事故和重大事故分析，以及運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗，下面談?wù)劙l(fā)電機(jī)事故預(yù)防的技術(shù)措施，以提高發(fā)電機(jī)出力。

(1)嚴(yán)格控制發(fā)電機(jī)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(jī)定子線圈最熱點(diǎn)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。

結(jié)語

發(fā)電機(jī)作為大型動力設(shè)備，由于其體積小、功率大、轉(zhuǎn)速高、運(yùn)行平穩(wěn)等眾多優(yōu)點(diǎn)，在水電站中占有極其重要的位置，其安全運(yùn)行對水電站的正常運(yùn)營起著重要的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)電機(jī)組不斷的向大型化和自動化方向發(fā)展，一旦這樣的機(jī)組發(fā)生故障將會給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以在正常運(yùn)行中就需要及時對機(jī)組進(jìn)行檢測，深入研究發(fā)電機(jī)各種故障的機(jī)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(jī)的可用性。

[1]張頌，李向偉.水輪發(fā)電機(jī)磁極線圈匝間絕緣的檢測[J].電工技術(shù)，1998（03）.

[2]賀正杰.發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣燒損原因及對策[J].小水電，2004（01）.