發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣擊穿原因分析

李京哲 楊鳳君 王 勇

（哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

電站在生產(chǎn)電力的過(guò)程中，主要是依靠發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，提供穩(wěn)定的電力。一旦發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，則很可能夠造成電力生產(chǎn)過(guò)程的問(wèn)題發(fā)生，如電壓不穩(wěn)定、電流不正常等。發(fā)電機(jī)故障現(xiàn)象中，定子線圈絕緣擊穿是較為復(fù)雜的故障，嚴(yán)重影響到電站的發(fā)電。對(duì)此，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)該故障現(xiàn)象的研究，找出導(dǎo)致該故障現(xiàn)象的原因，從源頭上給予控制，確保電力生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)，最終推動(dòng)電力企業(yè)的發(fā)展。

1 電站簡(jiǎn)介

某電站裝機(jī)容量可達(dá)2x3.2MW，每年運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)達(dá)5000h 以上。由于該電站建立較早，一些零件存在陳舊現(xiàn)象，對(duì)于電站的維護(hù)同樣存在一些困難。電站發(fā)電機(jī)應(yīng)用的是1#發(fā)電機(jī)定子線圈，屬于B 級(jí)絕緣，由于電站運(yùn)行過(guò)程中，屬于對(duì)B 級(jí)絕緣維護(hù)，電站運(yùn)行過(guò)程中存在多種問(wèn)題。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，還出現(xiàn)了定子線圈擊穿故障。

2 定子線圈擊穿故障的現(xiàn)象

案例發(fā)電機(jī)型號(hào)為TS325-3150/36，其定子接線為Y，冷卻方式采用空氣冷卻，額定電壓為6.3kV，額定功率因數(shù)為0.8。線圈絕緣為B級(jí)絕緣。線圈擊穿事故發(fā)生前，系統(tǒng)運(yùn)行正常，保護(hù)系統(tǒng)靈敏、可靠運(yùn)行。由于天氣變化，伴有雷擊現(xiàn)象，導(dǎo)致電站被雷擊損害，造成電站線路過(guò)電流保護(hù)，線路開關(guān)產(chǎn)生跳閘，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)空載運(yùn)行現(xiàn)象。另外，值班人員在正常的工作過(guò)程中聞到絕緣焦臭的味道，在仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，該味道源于發(fā)電機(jī)內(nèi)部。值班人員決定立即打開發(fā)電機(jī)蓋板，打開后，出現(xiàn)大量煙霧。在綜合分析基礎(chǔ)下，判斷為發(fā)電機(jī)內(nèi)部絕緣產(chǎn)生變質(zhì)現(xiàn)象，導(dǎo)致線圈短路。

3 故障現(xiàn)象及原因分析

3.1 故障現(xiàn)象。（1）在對(duì)發(fā)電機(jī)線圈進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，分析10 支線圈絕緣均有明顯下降現(xiàn)象，而其中一只線圈出現(xiàn)對(duì)地?fù)舸┈F(xiàn)象，觀察線圈表面，發(fā)現(xiàn)絕緣線圈絕緣層老化明顯，伴有黑色軟泥物質(zhì)。（2）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況來(lái)看，一些線圈還存在固定綁繩松動(dòng)、線圈上層與下層之間窄邊處主絕緣存在磨損嚴(yán)重現(xiàn)象，觀察寬邊位置后，發(fā)現(xiàn)其防暈層良好。（3）在線圈下端部發(fā)現(xiàn)線圈擊穿點(diǎn)，進(jìn)一步觀察可知，其防暈層有近10mm 消失，主要絕緣層脫離，基層位置的線圈清晰可見(jiàn)，主要表現(xiàn)為銅線圈，故障點(diǎn)四周還存在墊條、黑色泥土物質(zhì)。其余線圈沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的擊穿點(diǎn)，但情況大體相同，均呈現(xiàn)絕緣層老化現(xiàn)象。

3.2 故障原因分析。（1）結(jié)合發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)廠商，維修養(yǎng)護(hù)記錄可知，該發(fā)電機(jī)的安裝過(guò)程中，采用了瀝青絕緣線圈，做好防潮處理，噴涂過(guò)絕緣漆等，現(xiàn)階段而言，該設(shè)備由于絕緣老化等原因，存在絕緣強(qiáng)度下降現(xiàn)象。（2）電站不避雷設(shè)施不健全，該電站的建設(shè)過(guò)程中，只有在升壓站末端裝設(shè)了一組避雷器，線路在遭到雷擊后，其電流則會(huì)直接深入到發(fā)電機(jī)內(nèi)部，很可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)線圈遭到擊穿的現(xiàn)象產(chǎn)生。（3）線路過(guò)流保護(hù)時(shí)限較短。雷擊電流可往往較快，可能在0.9s 以下便傳遞到發(fā)電機(jī)線圈中，保護(hù)系統(tǒng)在0.9s 后啟動(dòng)，不能夠形成有效的保護(hù)，進(jìn)而不利于發(fā)電機(jī)的健康、平穩(wěn)。（4）正常情況下，發(fā)電機(jī)運(yùn)行，轉(zhuǎn)子會(huì)在定子內(nèi)腔旋轉(zhuǎn)，定子、轉(zhuǎn)子之間會(huì)產(chǎn)生相互作用的關(guān)系，此時(shí)，定子機(jī)座將受到轉(zhuǎn)力波的作用，進(jìn)而導(dǎo)致周期性的振動(dòng)現(xiàn)象產(chǎn)生。而振動(dòng)幅度的高低則取決于轉(zhuǎn)力波的大小。定子鐵芯槽內(nèi)的線圈是層疊繞形式，上、下層之間還存在1 根不同相，這表明，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，定子繞組三相電流在同一線圈槽內(nèi)時(shí)刻存在著相互吸引或相互排斥的現(xiàn)象。而由于相位之間的差異現(xiàn)象，吸力則會(huì)有1 個(gè)周期性的強(qiáng)弱變化，因此，線圈槽內(nèi)存在低頻振動(dòng)現(xiàn)象，這種低頻振動(dòng)現(xiàn)象在長(zhǎng)時(shí)間存在的情況下，也會(huì)導(dǎo)致線圈的損壞現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而在雷擊等天氣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生被擊穿的概率會(huì)大為上升。（5）基于線圈振動(dòng)因素而言，機(jī)組在常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)下，電流、機(jī)械、電磁三部分存在互相影響的關(guān)系。具體而言，轉(zhuǎn)子的運(yùn)行過(guò)程中，存在質(zhì)量不均的情況，會(huì)產(chǎn)生重心位移現(xiàn)象，重量的不平衡，則可能在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生單邊離心力，此時(shí)支撐力會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。轉(zhuǎn)子振動(dòng)則會(huì)引起機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)，導(dǎo)致線圈磨損現(xiàn)象發(fā)生。這也可能導(dǎo)致雷擊天氣條件下，發(fā)電機(jī)定子線圈被擊穿故障發(fā)生。

4 故障點(diǎn)的查找及處理

為了能夠準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，決定采用2500V 搖表進(jìn)行測(cè)定定子線圈的絕緣值與吸收比。測(cè)定過(guò)程中，優(yōu)先采用500v檔位，測(cè)定發(fā)電機(jī)定子線圈，測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，該發(fā)電機(jī)線圈絕緣值仍滿足規(guī)范要求。對(duì)此，為了能夠有效測(cè)定出故障點(diǎn)，決定采用QJ44 型號(hào)雙臂電橋測(cè)量發(fā)電機(jī)定子線圈直流電阻值，測(cè)定結(jié)果表明，其B 值相對(duì)偏大，三相平衡度可以達(dá)到21.75%，因此，初步測(cè)定懷疑，其故障點(diǎn)出現(xiàn)在B處。為了加快測(cè)定速度，決定拆除發(fā)電機(jī)上擋風(fēng)板，再對(duì)定子線圈測(cè)定。拆除后，發(fā)現(xiàn)定子線圈上端部分出現(xiàn)多處的黑色物質(zhì)，該黑色物質(zhì)呈現(xiàn)軟化特點(diǎn)。經(jīng)仔細(xì)分析后，判斷該黑色物質(zhì)為定子線圈絕緣瀝青老化后，受熱溢出，落到此處，但此處未發(fā)現(xiàn)線圈灼傷、線圈被擊穿等現(xiàn)象。然后決定從發(fā)電機(jī)定子線圈下端進(jìn)行檢測(cè)，查找灼燒擊穿位置，在檢查中發(fā)現(xiàn)線圈下端位置存在明確灼傷現(xiàn)象。結(jié)合線圈的灼傷程度，技術(shù)人員認(rèn)為，這種現(xiàn)象不能夠再次啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，無(wú)法生產(chǎn)電力資源。對(duì)此，決定給予處理，具體處理過(guò)程中，拔出轉(zhuǎn)子，在給予處理后，方可英語(yǔ)，也可以采用直接更換的方法。

5 防止發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣擊穿的建議

5.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)。從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，則利于提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量，確保效率，保障發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定安全。具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以充分結(jié)合現(xiàn)代化材料、技術(shù)等，提高發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量。例如，可以結(jié)合現(xiàn)代化絕緣材料的應(yīng)用，提高絕緣材料的耐磨性，減少絕緣材料的磨損、腐蝕等現(xiàn)象產(chǎn)生。優(yōu)化設(shè)計(jì)，還應(yīng)注重各個(gè)結(jié)構(gòu)之間的影響關(guān)系、質(zhì)量均勻關(guān)系等，最終保障發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定、安全。

5.2 建立科學(xué)的保養(yǎng)維護(hù)制度。電站發(fā)電機(jī)建立完成后，企業(yè)應(yīng)給予科學(xué)的維護(hù)保養(yǎng)，以能夠確保發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，減少一些故障的產(chǎn)生。對(duì)此。為了能夠有效實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，企業(yè)則應(yīng)建立相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)制度，從管理體制上認(rèn)真落實(shí)相關(guān)發(fā)電機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)工作，確保發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。另外，維護(hù)保養(yǎng)團(tuán)隊(duì)還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)維護(hù)保養(yǎng)方法的學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)一些故障的研究，提升對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)維效率，真正保障電力企業(yè)的利益。

6 日常工作中發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)方法

對(duì)于發(fā)電機(jī)運(yùn)行維護(hù)而言，日常維護(hù)工作同樣重要。具體而言：（1）每次開機(jī)前應(yīng)檢查潤(rùn)滑油、冷卻液液位；檢查空氣濾清器阻塞指示器；檢查散熱與外部通風(fēng)情況；檢查燃油供油情況。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行每6～8 小時(shí)檢查一次。（2）每運(yùn)行50 小時(shí)，應(yīng)排放油水分離器中的積水；每運(yùn)行50～600 小時(shí)應(yīng)一同更換潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑油濾清器、清洗或更換燃油濾清器、并檢查清理燃油管路。（3）每運(yùn)行400小時(shí)檢查清洗散熱器芯片，排放燃油箱內(nèi)淤泥物。（4）無(wú)每運(yùn)行800 小時(shí)檢查渦輪增壓器是否泄漏，檢查進(jìn)氣管道有泄漏。（5）每運(yùn)行1200 小時(shí)調(diào)整氣門間隙；2000 小時(shí)或至少24 個(gè)月更換空氣濾清器、更換冷卻液及冷卻液過(guò)濾器，徹底清水道。（6）每運(yùn)行2400 小時(shí)檢查噴油器，徹底檢查清洗渦輪增壓器。二、發(fā)電機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)外部都應(yīng)定期清理。將所有電源斷開，把外表所有灰塵、污物油漬、水或任何液體擦掉，通風(fēng)網(wǎng)也要清潔干凈。發(fā)電機(jī)線圈回潮引起的絕緣電阻下降，必須將發(fā)電機(jī)進(jìn)行烘干。（7）控制屏的維護(hù)保養(yǎng)，機(jī)組控制屏的日常維護(hù)保養(yǎng)應(yīng)保證表面清潔，使儀表顯示明確直觀，操作按鈕靈活可靠機(jī)組與運(yùn)行中震動(dòng)會(huì)引起控制屏儀表零位偏移，緊固件松動(dòng)，所以應(yīng)定期對(duì)控制屏校表，緊固連接件、連接線。

7 結(jié)論

綜上所述，發(fā)電站的生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)電機(jī)是重要的電力生產(chǎn)設(shè)備，一旦發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)直接影響到電站的發(fā)電，影響到人們的穩(wěn)定用電。導(dǎo)致發(fā)的機(jī)故障的原因有多種，其中定子絕緣擊穿是較強(qiáng)嚴(yán)重的故障，且具有檢修困難的特點(diǎn)。基于此，發(fā)電站在經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程中，應(yīng)注重對(duì)該故障問(wèn)題的研究，認(rèn)識(shí)到避免該故障現(xiàn)象的策略，積極引用，提升電站的運(yùn)營(yíng)效率，真正為人們的生活質(zhì)量提高提供保障。