發電機常見故障分析及預防措施

張鍇

(哈電集團現代制造服務產業有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150046)

1 發電機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，這種故障多數發生在使用十年左右的電機上，發生這種故障時線圈絕緣局部發生損壞或造成擊穿現象發生，相對來比，這種故障造成的燒損是比較嚴重的，在維修方面需要很長的時間才能使故障恢復到正常運行的狀態，且維修中的費用也比較高。

(2)由于定子線圈的燒損嚴重，對相復勵的電機來說，嚴重的會燒毀電流互感器、電抗器、橋式整流器以及發電機轉子線圈繞組，使轉子線圈匝間短路及變形，振動增加。

(3)由于外部環境中的土塵、水泥等顆粒性物質及水和油污等物質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，當電場集中時，這些部位承受的變應力就很大，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燒毀等事故的發生，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，電機正常運轉過程中會使軸承產生一定的磨損，磨損嚴重后會造成轉子掃膛，這時的定子就會持續高溫狀態，因而持續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不到規定的最低耐壓標準，這時就會表現在相組正常運行時出現電壓擊穿現象。

2.1 運行年數久出現絕緣老化

一些大的發電機組一般都是運行的年數較久，運行十年左右的機組占很大一部分，這部分機組普遍設計于七八十年代，由于當時的科技水平與現在還存著較大的差距，所以在絕緣層上多數采用云母及黃臘綢絕緣結構，漆包線采用耐溫120度的漆包線繞制而成，這些材料在機組經年累月的運行下，絕緣材料自身會產生揮發現象，材料的揮發就會導致絕緣層內松散，甚至脆化，這樣的絕緣層在強電場的情況下，內部的空隙就會產生內游離，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組，在起動時會發生電壓調不上去的現象，在經過一段時間后才能恢復到正常水平，引起這種現象多數是由于絕緣漆發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，就會在內游離作用下使導線和絕緣層進行脫離，在這種脫殼狀態下，當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，還有當浸漆不透時，也會造成絕緣層內含氣量大，產生內流離現象。當發生故障的線圈進行拆卸時會發現，股線內有腐蝕及銹跡的情況，絕緣內有麻點。

3 轉子線圈過熱燒損分析

發電機在運行過程中，較長時間的超負荷運行，勢必引起絕緣老化，造成匝間短路，機組振動較大，對風扇冷卻的發電機，如何提高線圈的耐溫系數，與發電機正常運行，出力監定和絕緣壽命關系極大，特別是提高出力運行，這成為行業重要技術問題之一。

七八十年我國生產的300Kw以下發電機組大都在定子線圈中不放置測溫元件，發電機線圈的最熱點在正常運行時，應在槽內沿軸向長度的中部，但在提高出力時，最熱點已經轉移到端部了，這時發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。

4 定子線圈溫度分布的分析

4.1 首先分析槽內單層線圈的情況

最初假設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當是直線增大的。但是，渦流也產生自己的交變磁場，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，靠槽底的導線感應電動勢最小，靠槽口的感應電動勢最大。 因此，渦流的電流密度沿槽高度分布是不均勻的，槽底導線的電流密度最小，槽口導線電流密度最大。

4.2 軸向溫度分布

發電機定子線圈槽部和端部的損傷是不同的，嚴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，槽部的徑向通風量不一定相等。端部有綁線沿線圈長度的風量分布就更加不均勻了。再加發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律隨電流變化的典型實例是有些發電機帶額定負荷，特別是提高出力后，端部線圈的溫度比槽部的溫度高，有的發電機端部過熱后，有瀝青膠流出，而槽部仍很正常，有的發電機最端部線圈過熱著火燒壞，拔出線圈檢查槽部發黑的情況輕微些。

當電流超過一定值后，端部線圈比槽部線圈溫度高的現象可以解釋如下: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系直線斜率小一些。

5 發電機事故預防措施

根據多年來發電機損壞事故和重大事故分析，以及運行維護的經驗，下面談談發電機事故預防的技術措施，以提高發電機出力。

(1)嚴格控制發電機定子線圈的溫度，采用線圈中埋設測溫儀，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。

結語

發電機作為大型動力設備，由于其體積小、功率大、轉速高、運行平穩等眾多優點，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，隨著科學技術的進步，發電機組不斷的向大型化和自動化方向發展，一旦這樣的機組發生故障將會給企業帶來巨大的經濟損失，所以在正常運行中就需要及時對機組進行檢測，深入研究發電機各種故障的機理及發生原因，提早預防及檢修，避免事故的發生，提高發電機的可用性。

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

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