淺論汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行故障

劉玉新

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

電力能源在社會(huì)生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要作用。新時(shí)期，人們對(duì)于電力資源的依賴程度不斷加深。汽輪發(fā)電機(jī)是發(fā)電器的一種常見系統(tǒng)，能在其設(shè)備運(yùn)作中，將其他形式的能源轉(zhuǎn)化為電能，滿足社會(huì)生產(chǎn)需要。然而從汽輪發(fā)電機(jī)作用過程來看，在實(shí)際運(yùn)作中仍存在一定故障，這些故障降低了汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能，影響了電能生產(chǎn)效率?；诖耍斜匾M(jìn)行汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障的有效處理。

1 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)作原理

作為電能生產(chǎn)的重要設(shè)備，汽輪發(fā)電機(jī)包含了定子、轉(zhuǎn)子、端蓋以及軸承等諸多結(jié)構(gòu)單元。其中，發(fā)電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子通過軸承與端蓋進(jìn)行連接組裝，該模式下，轉(zhuǎn)子能夠在定子中進(jìn)行旋轉(zhuǎn)作業(yè)，通過旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部會(huì)發(fā)生切割磁力線運(yùn)動(dòng)，并由此產(chǎn)生一定的感應(yīng)電勢(shì)，采用接線端子將電勢(shì)引出，并與相關(guān)的回路進(jìn)行連接，即可產(chǎn)生電流。基于汽輪發(fā)電器生產(chǎn)效率考慮，在汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子選擇中，應(yīng)確保其直徑較小，而長(zhǎng)度較長(zhǎng)，通常，要求汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑應(yīng)保持在1.2 m以內(nèi)，同時(shí)，還應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度進(jìn)行控制，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且超過自身直徑5～6倍時(shí)，設(shè)備在運(yùn)作中會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)作用，故而應(yīng)結(jié)合實(shí)際的生產(chǎn)需要，合理控制汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑與尺寸長(zhǎng)度[1]。

2 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的主要故障類型

2.1 定子繞組斷路故障

定子繞組是汽輪發(fā)電機(jī)定子布局的重要形式，在設(shè)備運(yùn)作中，通過過氫作用，定子繞組、定子鐵芯可實(shí)現(xiàn)冷卻。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，受生產(chǎn)技術(shù)、熱應(yīng)力影響，汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)定子繞組斷路故障，從斷路形式來看，其包含了連接不好造成接頭損壞、定子繞組使得絕緣性能下降等問題。

2.2 轉(zhuǎn)子繞組故障

對(duì)地絕緣以及匝間短路是轉(zhuǎn)子繞組中常見的兩種故障類型。從故障發(fā)生機(jī)理來看，這些故障發(fā)生的原因較多，主要原因包括：其一，汽輪發(fā)電機(jī)作業(yè)中，存在轉(zhuǎn)子過熱問題，受其影響轉(zhuǎn)子的絕緣性能下降；其二，汽輪發(fā)電機(jī)的冷卻器存在故障，如漏水等，這種故障會(huì)使得導(dǎo)電粉塵以及金屬異物進(jìn)入到轉(zhuǎn)子繞組當(dāng)中，由此造成轉(zhuǎn)子繞組損壞；其三，在前期生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)子本身存在質(zhì)量問題，進(jìn)而造成運(yùn)作中的局部故障；其四，受熱應(yīng)力及機(jī)械應(yīng)力共同作用，汽輪發(fā)電機(jī)其他部件絕緣被破壞，影響轉(zhuǎn)子作業(yè)；其五，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組中存在水內(nèi)冷問題時(shí)，會(huì)出現(xiàn)堵塞、絕緣燒毀等問題。

2.3 轉(zhuǎn)子被負(fù)序電流燒毀

汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，其三相負(fù)荷多處于對(duì)稱狀態(tài)。此時(shí)，一旦電力系統(tǒng)或者汽輪發(fā)電機(jī)本身失穩(wěn)，就會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)荷不對(duì)稱問題。同時(shí)，當(dāng)電力系統(tǒng)存在單相接地以及兩相短路問題或單相重合閘的動(dòng)作時(shí)，均無法進(jìn)行三相負(fù)荷切入或者斷開操作。存在上述問題時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中不僅存在正序電流以及電壓，而且有負(fù)序、零序電流以及電壓，這問題的發(fā)生時(shí)間雖然較短，但其會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子，引發(fā)安全事故。

2.4 定子鐵芯故障

定子鐵芯故障會(huì)嚴(yán)重影響汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。從汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)作過程了來看，鐵芯壓裝松弛、定子鐵芯齒部局部過熱是引起定子鐵芯故障的重要原因。此外，鐵芯故障的發(fā)生還和扇形齒部折斷以及定子膛內(nèi)硬物打傷鐵芯具有一定關(guān)聯(lián)[2]。就引起定子鐵芯故障的原因來看，這些問題自身也是因多種因素影響而產(chǎn)生的。譬如，就鐵芯壓裝松弛而言，硅鋼片與漆膜發(fā)生摩擦，會(huì)使得漆膜損壞，從而間接引起鐵芯壓裝松弛。此外，在設(shè)計(jì)階段，如果未能對(duì)鐵芯的壓緊力進(jìn)行約束，則鎖定螺母會(huì)出現(xiàn)松脫問題，這在一定程度上也會(huì)引起鐵芯壓裝松弛問題，危害汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)作質(zhì)量。

2.5 漏氫及氫氣濕度超標(biāo)

漏氫及氫氣濕度超標(biāo)是造汽輪發(fā)電器故障的重要原因。生產(chǎn)實(shí)踐中，漏氫及氫氣濕度超標(biāo)的主要影響因素包括：其一，設(shè)備密封瓦油路存在堵塞問題；其二，密封瓦與軸間間歇較大，同時(shí)密封瓦與瓦座間存在較大間距；其三，受設(shè)備使用時(shí)間較長(zhǎng)等因素的影響，冷卻器采用的密封條逐漸老化，并出現(xiàn)了開裂問題，最終引起了漏氫及氫氣濕度超標(biāo)問題。

3 汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障的主要處理對(duì)策

3.1 定子繞組故障處理

優(yōu)化定子繞組線棒膠化和成型工藝是解決定子繞組斷路故障的重要方式。在該工藝體系下，不僅可以實(shí)現(xiàn)端部漸開線的有效固定，而且能實(shí)現(xiàn)鼻部的切向以及徑向固定。譬如就接頭損壞而言，在其處理中，對(duì)其接頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可提升整體焊接質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)定子繞組端部以及鼻部的有效固定，而當(dāng)這些接線固定良好時(shí)，可實(shí)現(xiàn)空心銅線檢驗(yàn)水平的有效優(yōu)化，進(jìn)而提升定子繞組絕緣引水管的布局效果，這樣在局部放電量檢測(cè)診斷中，提升定子繞組的絕緣性能。

3.2 轉(zhuǎn)子繞組故障處置

為有效處置汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組故障，還應(yīng)注重以下技術(shù)要點(diǎn)的有效把控：其一，在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中，應(yīng)就其透風(fēng)構(gòu)造進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；同時(shí)應(yīng)對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行檢查，確保導(dǎo)體透風(fēng)孔無堵塞問題；此外，還應(yīng)就轉(zhuǎn)子部位的銅線進(jìn)行打磨，確保銅線整體光滑無雜質(zhì)。其二，在繞組上端設(shè)計(jì)中，應(yīng)就匝間的絕緣性進(jìn)行優(yōu)化；該過程中，應(yīng)關(guān)注轉(zhuǎn)子回路中的磁場(chǎng)狀態(tài)，預(yù)防轉(zhuǎn)子繞組中所存在的絕緣部分出現(xiàn)威脅電壓。其三，在汽輪發(fā)電機(jī)使用中，還用對(duì)繞組絕緣構(gòu)件進(jìn)行檢查，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)老化構(gòu)件，并對(duì)其進(jìn)行更換處理。在實(shí)際運(yùn)行中，還應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行電機(jī)維護(hù)，解決轉(zhuǎn)子繞組作業(yè)中的高溫及振動(dòng)問題，這樣能有效提升轉(zhuǎn)子繞組運(yùn)行質(zhì)量，確保汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

3.3 加大負(fù)序電流的處置

當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)存在負(fù)序電流時(shí)，其容易燒毀轉(zhuǎn)子，影響整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。針對(duì)這一問題，在實(shí)際處理中，首先，應(yīng)注重負(fù)序保護(hù)裝置的有效配置，通過相應(yīng)的保護(hù)裝置，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)負(fù)序電流的有消極監(jiān)測(cè)。其次，還應(yīng)增加一定的報(bào)警設(shè)備，通過該設(shè)備可實(shí)現(xiàn)斷路器質(zhì)量的有效控制，這樣在進(jìn)行斷路器操作時(shí)，斷路器三相閉合或斷開狀態(tài)可得到有效檢測(cè)，避免斷路器閉合不規(guī)范對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)整體的影響。最后，汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中還會(huì)出現(xiàn)斷路器失靈問題。針對(duì)該問題，還應(yīng)增加一定的保護(hù)裝置，設(shè)備運(yùn)作中，一旦斷路器三相無法同時(shí)斷開或者閉合，則保護(hù)裝置會(huì)發(fā)生作用，實(shí)現(xiàn)輸出功率及勵(lì)磁電流的有效控制，這樣能實(shí)現(xiàn)負(fù)序電流的有效控制，滿足汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)作需要。

3.4 規(guī)范處置定子鐵芯故障

進(jìn)行汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯故障處理時(shí)，應(yīng)做好定子鐵芯的及時(shí)檢查。在實(shí)際檢查中，應(yīng)做好特性發(fā)熱狀況的有效檢測(cè)，同時(shí)當(dāng)檢測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)鐵芯存在短路問題時(shí)，還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行處理，避免影響設(shè)備穩(wěn)定性。此外，應(yīng)加大轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件的檢查力度，在檢查中，應(yīng)確保轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)部件沒有松動(dòng)、裂紋等問題。需注意的是，進(jìn)行定子鐵芯故障檢查時(shí)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子端部的緊固件進(jìn)行優(yōu)化處理，如采用絕緣材料或者無磁性的材料，保證端部絕緣性能，同時(shí)應(yīng)對(duì)端部進(jìn)行鎖緊控制，避免出現(xiàn)鐵芯松動(dòng)問題。還應(yīng)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)的定子膛進(jìn)行檢查，確保膛內(nèi)無雜物，這樣能有效地防止扇形齒部折斷及鐵芯被打斷問題發(fā)生。

3.5 漏氫和氫氣濕度超標(biāo)問題處置

對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)殼各個(gè)結(jié)合面進(jìn)行規(guī)范處置，能有效地避免設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)漏氫和氫氣濕度超標(biāo)問題。在實(shí)際處理中，應(yīng)關(guān)注以下部位的處理：在機(jī)座和兩側(cè)端罩間處理中，其結(jié)合面的面積較大，這給整體密封性控制帶來難度，故而應(yīng)將其作為汽輪發(fā)電機(jī)漏氫和氫氣濕度超標(biāo)防治的重點(diǎn)。具體處置中，可先選擇5～6 mm后的鋼板，然后結(jié)合整合面的規(guī)格、形狀和尺寸，為其加焊C形的密封罩[3]。此外，為避免出現(xiàn)氫氣濕度超標(biāo)問題，還應(yīng)在汽輪發(fā)電機(jī)設(shè)備應(yīng)用時(shí)，加裝氫氣濕度干燥除濕裝置、冷凝式干燥器等設(shè)備，這樣能實(shí)現(xiàn)氫源濕度狀態(tài)的有效控制，達(dá)到氫氣除濕的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

汽輪發(fā)電機(jī)在現(xiàn)代電力生產(chǎn)中的應(yīng)用較為廣泛，其運(yùn)行故障直接降低了自身運(yùn)行的穩(wěn)定性，并對(duì)電力生產(chǎn)造成較大影響。對(duì)此，電力工作者只有在了解汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)設(shè)備常見故障分析，并規(guī)范化地對(duì)其進(jìn)行處置，這樣才能有效地提升汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量，促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)的有序發(fā)展。