淺論汽輪發(fā)電機的運行故障

劉貴亮

【摘 要】 汽輪發(fā)電機能否正常的運行有著重要的作用。本文從汽輪發(fā)電機的結構與工作原理出發(fā)，針對汽輪發(fā)電機在運行中存在的故障，提出了相應的運行故障的解決策略。該研究對優(yōu)化我國汽輪發(fā)電機的運行有一定的參考作用。

【關鍵詞】 汽輪發(fā)電機 運行 故障

從我國現(xiàn)有的社會經(jīng)濟發(fā)展來看，電能有著重要的作用。在這種社會背景下，發(fā)電機所具有的影響力也越來越大。通過發(fā)電機的應用把其他形式的能源轉(zhuǎn)換為電能，發(fā)電機通常是由水輪機、汽輪機、柴油機以及其他動力機械作為驅(qū)動，把水流、氣流、燃料或者原子核裂變所發(fā)出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能傳遞給發(fā)電機，通過發(fā)電機轉(zhuǎn)成為電能[1]。發(fā)電機雖然存在著不同的形式，但是從工作原理的層面來看，都是以電磁感應定律以及電磁力定律為基礎。本文僅對汽輪發(fā)電機的常見運行故障進行研究。

1 汽輪發(fā)電機的結構與工作原理

一般情況下，發(fā)電機是由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋以及軸承等共同構成。其中定子又進一步由定子鐵芯以及線包繞組等構件共同組成。轉(zhuǎn)子則由轉(zhuǎn)子鐵芯繞組、護環(huán)以及轉(zhuǎn)軸等構件共同組成。發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子通過軸承與端蓋進行連接組裝，讓轉(zhuǎn)子能夠在定子中進行旋轉(zhuǎn)，進而以切割磁力線運動為基礎產(chǎn)生出感應電勢，用接線端子來實現(xiàn)引出，將其連接在回路中，促使電流的出現(xiàn)。汽輪發(fā)電機作為和汽輪機配套的發(fā)電機，其從效率提升的角度出發(fā)，通常會做成高速的。相對來說核電站中所應用的汽輪機的轉(zhuǎn)速則相對較低[2]。一般情況下，汽輪機的轉(zhuǎn)速會超過1500轉(zhuǎn)/分，這就使得汽輪發(fā)電機本身從降低由于離心力而存在的機械應力與降低風摩耗的層面出發(fā)，汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子直徑應相對來說較小，而長度則應較長，也就是說轉(zhuǎn)子應是細長。尤其是當汽輪機的轉(zhuǎn)速超過3000轉(zhuǎn)/分以上時，受材料所具有的強度的限制，汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子直徑必須有嚴格的限定，即不應比1.2米長。對于汽輪發(fā)電機來說轉(zhuǎn)子的長度來說，如果本體長度超過了直徑長度的六倍時，就會導致運行中振動較大，正是從這個層面出發(fā)，大型的高速汽輪發(fā)電機所應用的轉(zhuǎn)子尺寸是有限度的。通常情況下汽輪發(fā)電機在5萬千瓦至10萬千瓦以上時采用的冷卻效果較好的氫冷或者水冷技術。伴隨著科學技術的發(fā)展，汽輪發(fā)電機的運用范圍越來越多，本文結合汽輪發(fā)電機的結構與工作原理對汽輪發(fā)電機在運行中常見的故障進行分析與研究。

2 汽輪發(fā)電機在運行中常見的故障分析

汽輪發(fā)電機在具體的運行中所存在的故障較多，同樣的故障所導致的原因也存在一定的區(qū)別。本文僅對汽輪發(fā)電機在運行中的常見故障進行分析，具體內(nèi)容如下。

2.1 定子繞組常見故障分析

我國現(xiàn)有規(guī)模相對來說較大的汽輪發(fā)電機采用的是定子繞組的方式來用水達到冷卻的目的，轉(zhuǎn)子繞組與定子鐵芯通過氫的作用來完成冷卻[3]。受生產(chǎn)技術等的影響，汽輪發(fā)電機在運行的過程中受熱應力等各類因素的影響會出現(xiàn)定子繞組斷路等方面的問題。定子繞組常見的故障包括連接不好造成接頭損壞或者定子繞組在絕緣方面發(fā)生一定的障礙等等。

2.2 轉(zhuǎn)子繞組常見故障分析

轉(zhuǎn)子繞組常見的故障主要有對地絕緣以及匝間短路等等。導致這些問題存在的原因主要包括汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組過熱所導致的絕緣損壞；冷卻器出現(xiàn)漏水，導電粉塵以及金屬異物等等進入到汽輪發(fā)的轉(zhuǎn)子繞組；由于制造質(zhì)量方面存在問題導致的汽輪發(fā)電機存在局部的問題；汽輪發(fā)電機在運行過程中由于受熱應力以及機械應力的作用而使絕緣被破壞；水內(nèi)冷的轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)堵塞，導致局部出現(xiàn)溫度過高，進而出現(xiàn)絕緣燒損的情況等等。

2.3 負序電流燒損轉(zhuǎn)子故障分析

汽輪發(fā)電機一般是運行在三相負荷的對稱狀態(tài)。如果電力系統(tǒng)或者汽輪發(fā)電機本身出現(xiàn)不對稱方面的問題時，就會導致在三相負荷不對稱的狀態(tài)下進行短暫的運行。在電力系統(tǒng)存在單相接地以及兩相短路等方面問題情況下，同時在單相重合閘的動作進行中，或者是汽輪發(fā)電機的出口開關在正常與存在的情況下都無法把三相負荷進行切入或者斷開方面的操作。汽輪發(fā)電機在存在不對稱的運行狀況時，定子繞組中不僅僅有正序電流以及電壓，還存在負序、零序電流以及電壓。汽輪發(fā)電機的不對稱運行即使時間較短，也會導致發(fā)電機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)燒損，嚴重的甚至造成安全事故的發(fā)生。

2.4 汽輪發(fā)電機定子鐵芯常見故障分析

汽輪發(fā)電機在運行過程中定子鐵芯方面經(jīng)常發(fā)生問題主要包括鐵芯壓裝松弛、定子鐵芯齒部的局部過熱、扇形齒部折斷以及定子膛內(nèi)硬物打傷鐵芯等方面的原因[4]。以鐵芯壓裝存在松弛為例，是因為硅鋼片上與漆膜干縮，在汽輪發(fā)電機存在振動的作用下硅鋼片之間存在互相摩擦，導致漆膜被損壞。氫冷的汽輪發(fā)電機密封瓦時間長漏油會導致硅鋼片絕緣被破壞，致使硅鋼片的渦流加大，發(fā)熱情況加劇。除此以外，設計時如果對鐵芯的壓緊力處理不夠，導致的定子壓圈由于鎖定螺母出現(xiàn)松脫也是導致故障產(chǎn)生的原因之一。又如定子鐵芯齒部在局部存在過熱方面的故障，主要是因為毛刺、連片以及壓裝松弛而導致的絕緣破壞等等。

2.5 發(fā)電機漏氫和氫氣濕度超標常見故障分析

導致汽輪發(fā)電機存在發(fā)電機漏氫和氫氣濕度超標方面的問題的原因是密封瓦油路出現(xiàn)堵塞；密封瓦與軸間間歇比較大，且密封瓦和瓦座間的間隙也大；氫氣冷卻器等等所使用密封膠條出現(xiàn)老化開裂以及密封瓦和端蓋的結合面存在密封膠墊方面的問題等等。

值得注意的是，汽輪發(fā)電機在運行中的故障并不止本文所分析到的常見故障，還包括其它類別的故障，如定子線圈漏水以及斷水方面的故障等等。從這個角度來說，對汽輪發(fā)電機的運行故障的處理應結合實際情況進行分析，針對分析結果采取合理的應對策略。

3 汽輪發(fā)電機在運行中常見故障應對策略

結合上文對汽輪發(fā)電機結構、工作原理以及常見故障的分析，本文提出以下汽輪發(fā)電機在運行中常見故障應對策略。

3.1 定子繞組常見故障應對策略

針對汽輪發(fā)電機在運行過程中定子繞組常見故障，可以通過優(yōu)化定子繞組線棒膠化和成型工藝的方式，來提高端部漸開線與鼻部的切向以及徑向固定等等[5]。以上文提到的接頭損壞為例，可以通過改善接頭結構的方式提高焊接的質(zhì)量，進而使得定子繞組端部以及鼻部能夠有較好的穩(wěn)定性與牢固性，提高空心銅線檢驗水平，優(yōu)化定子繞組絕緣引水管的布局等等。又如定子繞組在絕緣方面存在的故障，可以利用測量局部放電量監(jiān)測和診斷定子繞組絕緣性能。

3.2 轉(zhuǎn)子繞組常見故障應對策略

針對汽輪發(fā)電機在運行過程中轉(zhuǎn)子繞組常見故障，可以通過優(yōu)化轉(zhuǎn)子繞組在透風方面的構造來進行應對處理，檢查導體透風孔是否有不通暢的問題，應對光滑銅線進行打磨，確保無雜質(zhì)。應針對繞組上端匝間所存在絕緣的實際出發(fā)；優(yōu)化運行過程中轉(zhuǎn)子回路中消滅磁場的狀態(tài)，預防轉(zhuǎn)子繞組中所存在的絕緣部分出現(xiàn)威脅電壓；應對汽輪發(fā)電機繞組絕緣部分中各個配件的老化狀態(tài)進行檢查；在汽輪發(fā)電機運轉(zhuǎn)中加強維護工作，避免轉(zhuǎn)子繞組存在高溫以及震動過長等方面的問題。

3.3 負序電流燒損轉(zhuǎn)子故障應對策略

汽輪發(fā)電機所存在的負序電流燒損方面的常見故障在應對中，可以確定配置負序保護裝置的方式來處理。通過對穩(wěn)態(tài)負序電流的及時監(jiān)測，能夠加裝報警方面的設備，通過對斷路器質(zhì)量的控制，確保操作時能夠較好的檢查斷路器三相其本身是否是全部閉合或者斷開，同時在汽輪發(fā)電機中應安裝斷路器失靈的保護裝置。在汽輪發(fā)電機的斷路器三相無法同時斷開或者閉合的情況下，應快速降低輸出功率以及勵磁電流，盡可能的降低負序電流等等。

3.4 汽輪發(fā)電機定子鐵芯常見故障應對策略

汽輪發(fā)電機在運行過程中針對定子鐵芯常見故障方面存在的問題，可以通過定期對定子鐵芯進行檢修來進行預防。針對定子鐵芯在檢修過程中存在的問題，對鐵芯進行發(fā)熱方面的試驗[6]。對檢查以及試驗過程中確定鐵芯短路點應進行及時的處理。除此以外，對汽輪發(fā)電機定轉(zhuǎn)子的結構部件的檢查工作也應該提高工作力度，如確定是否存在松動以及裂紋等方面的問題。端部的各個緊固件應采用絕緣材料或者無磁性的材料，同時還應做好鎖緊措施。在對轉(zhuǎn)子回裝中，應確保沒有雜物遺留在汽輪發(fā)電機的定子膛內(nèi)，在機組使用過程中，如果出現(xiàn)定子一點接地的情況，應停機。

3.5 發(fā)電機漏氫和氫氣濕度超標常見故障應對策略

避免汽輪發(fā)電機出現(xiàn)漏氫就需要關注機殼各個結合面的處理。機座和兩側端罩間所存在的結合面的面積大，密封的難度也高，是防漏需要關注的重點。應對策略是可以在整合面應用5mm至6mm 厚的鋼板的基礎上加焊C形的密封罩。對氫氣濕度所存在超標方面的故障措施的處理方式應該是在制氫站通過氫氣濕度干燥除濕裝置的加裝，來優(yōu)化氫源濕度方面的狀態(tài)。在汽輪發(fā)電機的氫系統(tǒng)內(nèi)通過冷凝式干燥器的加裝，來實現(xiàn)除濕的目標。

4 結語

汽輪發(fā)電機在應用的過程中，也會受到科學技術等發(fā)展的影響，換句話說，其本身是動態(tài)的，受社會環(huán)境以及科技環(huán)境的影響，汽輪發(fā)電機本身也不是一成不變的[7]。這就決定了，汽輪發(fā)電機在運行中所存在的故障也是多元化與復雜化的，汽輪發(fā)電機在運行中應針對實際發(fā)生故障的情況，在明晰故障分析的基礎上采取合理的措施，只有這樣才能從根本上確保汽輪發(fā)電機的正常運行。

參考文獻：

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[7]陳嘉峰.大型汽輪發(fā)電機組運行和檢修重點注意事項[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（2）：100.