大型發(fā)電機(jī)定子鐵心常見故障及處理措施

摘 要：定子鐵心是組成發(fā)電機(jī)基本和主要的部件之一，起著構(gòu)成電機(jī)工作磁路和固定定子繞組的重要作用。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行多年后，由于種種原因，定子鐵心的壓緊力會(huì)逐漸減小，甚至發(fā)生松動(dòng)。它的產(chǎn)生給發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行帶來隱患，有的甚至造成了機(jī)組被迫停運(yùn)。而這種情況一旦出現(xiàn)，不但會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。因此，有必要對(duì)此問題進(jìn)行探討和重視。現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機(jī)更注重選用有方向或無方向性的優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，以降低鐵心損耗，提高發(fā)電機(jī)效率。本文主要探討大型發(fā)電機(jī)定子鐵心常見故障及處理措施。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；定子鐵心；故障

發(fā)電機(jī)在人們生活中占到很大的比重，維護(hù)發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于維護(hù)正常的經(jīng)濟(jì)生活非常重要。而定子鐵心的相關(guān)問題在發(fā)動(dòng)機(jī)故障中經(jīng)常出現(xiàn)，影響到發(fā)電機(jī)定子鐵心的因素很復(fù)雜，定子鐵心常見故障一般分為定子鐵心與機(jī)座的振動(dòng)異常、定子鐵心壓裝變松等多種。對(duì)于這些故障，在機(jī)組進(jìn)行修整期間，應(yīng)該使用探測(cè)儀對(duì)定子鐵心進(jìn)行以下檢查，密切關(guān)注相關(guān)部位振動(dòng)值和噪聲、齒部和軛部、鐵損試驗(yàn)。為了獲得要求的磁、電特性和機(jī)械強(qiáng)度，減少磁滯和渦流損耗，定子鐵心選擇了磁導(dǎo)率高、損耗小，能達(dá)到一定工藝要求。

1 大型發(fā)電機(jī)定子鐵心常見的故障

1.1 定子鐵心與機(jī)座的振動(dòng)異常

發(fā)電機(jī)運(yùn)行后，軸系、定子鐵心及機(jī)座的振動(dòng)是不可避免的。采用端蓋式軸承的發(fā)電機(jī)，定子鐵心及機(jī)座的振源來自兩方面：一是來自轉(zhuǎn)子傳來的機(jī)械振動(dòng)；二是電機(jī)電磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁振動(dòng)。由于轉(zhuǎn)子的平衡精度不可能達(dá)到理想程度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，由于質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)通過軸承和端蓋傳到定子機(jī)座，產(chǎn)生工頻（50Hz）振動(dòng)；而由于轉(zhuǎn)子磁極（大齒）與小齒呈現(xiàn)的相互垂直的剛度的差異，則對(duì)定子產(chǎn)生二倍工頻（100Hz）的振動(dòng)[1]。由電機(jī)電磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁振動(dòng)力為：（1）因定子鐵心有交變磁通通過所產(chǎn)生的交變電動(dòng)力導(dǎo)致的工頻振動(dòng)。在鐵心未壓緊或鐵心局部過熱時(shí)即產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲。（2）旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁后，相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)的電磁鐵，對(duì)定子鐵心產(chǎn)生使其變形的磁拉力，由此產(chǎn)生二倍頻振動(dòng)力，即橢圓振動(dòng)--這也是定子鐵心振動(dòng)的主要振源。發(fā)電機(jī)帶負(fù)載后將使鐵心的倍頻振動(dòng)力加強(qiáng)，且由于定子端部漏磁場(chǎng)的軸向分量影響產(chǎn)生軸向的倍頻振動(dòng)力。當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生三相短路時(shí)，將使定子鐵心的橢圓振動(dòng)與形加劇。兩相短路時(shí)，定子鐵心還會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。為將這些危害發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的振動(dòng)減至最小，除在設(shè)計(jì)和制造工藝方面提高定子鐵心的剛度和彈性模量，使其固有頻率避開工頻和二倍頻外，對(duì)大型汽輪發(fā)電機(jī)的定子鐵心還采用彈性固定的辦法即彈性定位筋或彈簧板隔振結(jié)構(gòu)固定在定子機(jī)座上，以減小鐵心振動(dòng)直接傳至機(jī)座上[2]。

1.2 定子鐵心壓裝變松

國產(chǎn)及進(jìn)口200MW及以上容量的大型汽輪發(fā)電機(jī)曾多次發(fā)生過定子鐵心硅鋼片壓裝變松故障，輕微者僅對(duì)松弛部位加塞涂絕緣漆的硅鋼片等塞緊，或扭緊定位筋及穿心螺母進(jìn)行局部處理；嚴(yán)重者則需將定子繞組全部抬出，相關(guān)的緊固件全部拆除，以更換已損壞的整段鐵心，對(duì)鐵心進(jìn)行整體壓裝，造成極大損失。從歷次對(duì)鐵心松弛故障原因分析的結(jié)果來看，老舊機(jī)組大多因?yàn)檫\(yùn)行年久，在交變電磁振動(dòng)力及鐵心自身重力的影響下，破壞了鐵心疊片間絕緣漆膜形成的阻滯力，導(dǎo)致鐵心疊片變松，片間絕緣被破壞，形成片間短路和局部過熱。新投入的發(fā)電機(jī)定子鐵心疊片變松的原因則是多方面的[3]。

2 大型發(fā)電機(jī)定子鐵心常見故障及處理措施

排除接地故障時(shí)，應(yīng)認(rèn)真觀察繞組的損壞情況，除了由于絕緣老化、機(jī)械強(qiáng)度降低造成繞組接地故障，需要更換繞組外，若繞組絕緣尚好，僅個(gè)別繞組接地，只需局部修復(fù)。（1）槽口部位接地。如果查明接地點(diǎn)在槽口或槽底線圈出口處，且只有一根導(dǎo)線絕緣損壞，可把繞組加熱至130℃左右使絕緣軟化后，用劃線板或竹板撬開接地點(diǎn)處的槽絕緣。把接地處燒焦的絕緣清理干凈，插入適當(dāng)大小的新絕緣紙板，再用絕緣電阻表測(cè)量絕緣電阻。繞組絕緣恢復(fù)后，趁熱在修補(bǔ)處涂上白干絕緣清漆即可。若接地點(diǎn)有兩根以上導(dǎo)線絕緣損傷，應(yīng)將槽絕緣和導(dǎo)線絕緣同時(shí)修補(bǔ)好，避免引起匝間短路。（2）雙層繞組上層邊槽內(nèi)部接地。先把繞組加熱到130℃左右使絕緣軟化，取出接地線圈上的槽楔，再把接地線圈的上層邊起出槽口清理損傷的槽絕緣，并用新絕緣紙板把損壞的槽絕緣處墊好。同時(shí)檢查接地點(diǎn)有無匝間絕緣損傷，然后把上層邊再嵌入槽內(nèi)，折合槽絕緣，打入槽楔并做好絕緣處理。在打入槽楔前，應(yīng)用絕緣電阻表測(cè)量故障繞組的絕緣電阻，使絕緣電阻恢復(fù)正常。對(duì)于雙層繞組下層邊槽內(nèi)部對(duì)地?fù)舸刹捎镁植繐Q線法和穿線修復(fù)法進(jìn)行修復(fù)[4]。（3）若接地點(diǎn)在端部槽口附近，損傷不嚴(yán)重，在導(dǎo)線與鐵心之間墊好絕緣后，涂刷絕緣清漆即可。（4）若接地點(diǎn)在槽的里邊，可輕輕抽出槽楔，用劃線板和線匝一根一根地取出，直到取出故障導(dǎo)線為止，用絕緣帶將絕緣損壞處包好，再把導(dǎo)線仔細(xì)嵌回線槽。（5）繞組受潮引起接地的應(yīng)先進(jìn)行烘干，當(dāng)冷卻到60～70℃左右時(shí)，澆上絕緣漆后再烘干。（6）若由于鐵心凸出，劃破絕緣，應(yīng)將凸出的硅鋼片敲下，在絕緣破損處重新包好絕緣。

定子鐵心故障探測(cè)儀的應(yīng)用。發(fā)電機(jī)定子鐵心故障檢查試驗(yàn)的目的是查找運(yùn)行時(shí)的過熱點(diǎn)隱患，防止擴(kuò)大為發(fā)電機(jī)事故。上節(jié)提到的鐵心試驗(yàn)方法是傳統(tǒng)的試驗(yàn)方法，是通過臨時(shí)安裝的勵(lì)磁繞組，在定子鐵心上產(chǎn)生周向環(huán)繞磁通，試驗(yàn)時(shí)要抽出轉(zhuǎn)子，大型發(fā)電機(jī)通常要用承載約300A電流的電纜，穿過定子內(nèi)膛至定子機(jī)殼外部繞若干匝[5]。對(duì)于500MW的發(fā)電機(jī)，要在鐵心中產(chǎn)生的磁通密度達(dá)到發(fā)電機(jī)額定工作磁密的80%，大約需要3MVA的試驗(yàn)電源。試驗(yàn)時(shí)用紅外熱像儀測(cè)量定子內(nèi)膛鐵心表面的溫度分布查找鐵心故障點(diǎn)，以確定鐵心表面的局部缺陷。這一電壓是由穿過ABCD回路的磁通感應(yīng)產(chǎn)生的，隨著該回路尺寸的不同，電壓數(shù)值可能達(dá)到幾十甚至幾百伏，后者是指軸向通風(fēng)的發(fā)電機(jī)，在這些發(fā)電機(jī)中溫度計(jì)導(dǎo)線沿著槽由定子端部引出。顯然，這個(gè)電阻溫度計(jì)對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)殼的任意第二點(diǎn)短路，都會(huì)形成電流回路。假如，定子機(jī)殼的E點(diǎn)是第二個(gè)短路點(diǎn)，在ABC-DE回路中就有電流，電流數(shù)值與回路電阻及短路點(diǎn)之間的感應(yīng)電壓數(shù)值有關(guān)。通常，電阻溫度計(jì)的引線沿槽布設(shè)，從臨近的鐵心段間的徑向通風(fēng)溝引出。如運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)指出，由于AB-CDE的面積小，故回路的感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流也小，未曾發(fā)現(xiàn)鐵心損壞。具有軸向通風(fēng)系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)，當(dāng)電阻溫度計(jì)本身或它的引線絕緣損壞時(shí)，可能損壞有效鐵心和繞組。對(duì)于電阻溫度計(jì)埋在槽楔下面的水冷汽輪發(fā)電機(jī)，在重新打緊槽楔和更換定子線棒時(shí)，必須特別小心并注意電阻溫度計(jì)引線的正確安裝與敷設(shè)。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)一點(diǎn)接地時(shí)，如果接地電容電流和持續(xù)時(shí)間超過一定數(shù)值；就可能伴隨出現(xiàn)定子鐵心燒損事故，因此，隨著單機(jī)容量增大，世界各國對(duì)于發(fā)電機(jī)單相接地保護(hù)要求越來越嚴(yán)格。

3 結(jié)語

本文結(jié)合相關(guān)資料，以及調(diào)研實(shí)踐活動(dòng)，通過學(xué)習(xí)同學(xué)科的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，從大容量汽輪發(fā)電機(jī)定子鐵心的常見故障及處理措施這兩個(gè)方面，對(duì)可能影響定子鐵心質(zhì)量的因素作了較全面的分析，并提出了切實(shí)有效的解決方法，具有合理性、通用性，對(duì)于發(fā)電機(jī)的鐵心維護(hù)、維修有很好的借鑒和推動(dòng)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李偉清. 汽輪發(fā)電機(jī)故障檢查分析及預(yù)防 第二版[M]. 中國電力出版社，2010.10：178-180.

[2]楊曉飛. 200MW發(fā)電機(jī)定子鐵心故障的原因分析[J]. 電力科學(xué)與工程，2008.06：125-126.

[3]牛志成. 引進(jìn)型300MW發(fā)電機(jī)密封油系統(tǒng)常見問題及處理[J]. 電力安全技術(shù)，2009.11：78-80.