大型發電機定子繞組的常見故障與處理分析

王洪剛

【摘 要】通過多年的數據顯示，定子繞組最常見的故障有定子線棒下線的時候，沒有按照規定的安裝工藝進行安裝；進行耐壓試驗的時候，出現放電的現象使得線棒絕緣層受到了一定的損傷；定子繞組的擊穿問題，這是因為發電機內部某一部分設備的使用年限到期，使得定子繞組在運行的過程中發生了擊穿事故。因此，本文對大型發電機定子繞組的常見故障進行了簡單的分析，并提出了相應的處理方式。

【關鍵詞】大型發電機 定子繞組 常見故障 處理分析

我國的機電設備越來越先進，發電機的單機容量也在不斷的被提高。大型發電機是發電系統中最主要的設備之一，如果發生故障使其無法正常運轉，就會影響整個發電系統的運行，引起非常嚴重的后果造成巨大損失。據調查顯示，50%的事故發生原因都是因為定子繞組的絕緣層發生了損壞引起的。而且，定子繞組故障又是發電機中最常見的故障，如果故障嚴重的時候，定子繞組會直接燒損，甚至鐵心也會被燒損，從而使企業發生重大的經濟損失。

1 大型發電機定子繞組常見故障的原因

1.1 安裝的工藝

大型發電機的定子繞組安裝工藝，和建筑行業施工技術一樣，如果操作不當就會影響到整個工程的質量。所以大型發電機定子繞組安裝工藝水平也會影響其發生故障的機率。在四川某電廠中20kv等級的發電機，在對下層的線棒進行耐壓試驗的時候，在52kv的階段多次出現了放電的現象，使得實驗無法繼續進行。當工作人員將繞組的端部表面進行清理后，發現有半導體硅橡膠顆粒存在。通過仔細檢查發現，槽口處所溢出的半導體硅橡膠顆粒非常容易脫落并掉于繞組端部的表面，使得實驗過程中多次出現放電的現象。當工作人員將繞組的槽口等處進行徹底的清理，并保證無半導體硅橡膠顆粒后，再次進行耐壓試驗，實驗順利通過。2015年1月，大連某電廠對其2號發電機定子線棒進行了電位測量試驗，發現汽端30號、34號、35號線棒水電接頭手包絕緣末端至夾板處對地電位及泄漏電流嚴重超標，其它部位均無異常現象，此數據與以往相比明顯增大，工作人員反復進行試驗并進行分析后發現，超標的緣故是因發電機的安裝工藝不當，導致發電機線棒的端部水電連接焊口處出現了沙眼。除此之外，還因為發電機的振動及線棒端部固定不牢，使線棒端部出現了松動的現象，造成水電連接處的金屬出現了疲勞的狀態，從而形成了裂縫。當線棒中的冷卻水從沙眼或裂縫中滲出時，手包絕緣層的絕緣效果會降低，從而引起事故。如果定子繞組的表面存在尖角毛刺，繞組也會出現故障，因為繞組表面的電位本身就高于其它部位，再加上高場強的作用，使電荷更容易集中到繞組的表面，所以電荷會集中到毛刺的尖端，從而引起定子繞組的尖端放電現象。如果定子線棒在下線的時候，工作人員沒有按照工藝要求進行操作或認識不當，都非常容易導致繞組表面存在的尖角毛刺沒有被清理干凈，這就是為什么繞組表面會出現局部放電現象，使絕緣層不斷的被腐蝕，最終導致線棒主絕緣的使用壽命被縮短。

1.2 附屬設備

大型發電機都有附屬設備的存在，如果附屬設備出現了故障，也會對定子繞組產生一定程度的影響。所以，工作人員在對其進行檢修的時候一定要進行仔細的檢查，發現問題就要及時進行解決。如果是使用年限到期，要及時進行更換。廣西某電廠，發電機是1995年投產的，在2013年6月時，發生了定子線棒下端絕緣盒擊穿的事故。事故發生的原因是因為機組的冷卻器管路發生了漏水，且漏水量比較大，絕緣盒在沾水后使其絕緣性能降低，從而導致絕緣盒對地擊穿事故的發生。10年和13年在不同的地域不同的電廠中，都發生了類似的問題，基本上都是因為漏水，使得絕緣性能降低放電，最終線棒導線被燒損。

1.3 手包絕緣效果不佳

據數據統計，我國的國產200MW汽輪發電機曾經明顯的出現過相間短路的事故，主要事故部位就是在定子繞組的端部的引線手包絕緣處，原因是因為手包的絕緣并不是一體的，它們之間存在著縫隙，這就會使油污等物質能夠輕松的進入到絕緣層和導線之間，從而使絕緣的性能被降低。另外，繞組端部固定的結構強度不夠，在使用的過程中，發生了相對的位移，使主絕緣被磨損。

1.4 異物

這個問題一般會發生在初次安裝和檢修的環節，因為檢修工人所使用的零件都比較小，且數量較多，就使得這些零件很容易被遺落在發電機的內部，從而引起擊穿的事故。2009年5月貴州的某電廠在進行測試的時候，就發現了泄漏電流不平衡，當時分析認為是手包絕緣體或其它絕緣層的問題，并不會影響到后期的運行，便投入了使用。此后每次檢修檢驗時都會出現泄露電流異常的問題，但一直未找到準確的原因。在2012年6月，機組發生了相間短路的事故，定子線棒已經被燒毀，無法鑒定出直接的原因。后經專家分析認為，是線棒端部表面存在殘留的半導體物質。

2 處理分析

2.1多回路理論

定子繞組的內部發生故障時，其氣隙磁場的諧波會非常的強，所以，慣用的參數是不能夠用于分析的。1987年，由高景德等人首次的提出了多回路理論，這個理論是將發電機當做是相互運動的回路組成的一個大型的電路，在根據其定子繞組的接線方式來確認定子繞組實際的情況。利用多回路理論能夠將定子繞組實際可能發生的短路問題進行計算，并且能夠將每一個故障的具體信息計算出來。此后，國外有部分學者開始利用該理論進行電機內部故障的研究，在1990年，德國一名教授發表了故障的計算方式，而美國的學者則開始研究瞬間故障的問題，并且利用了異步電機繞組不對稱的多耦合電路分析法進行了實驗。

2.2 定位方法

上文中提到過，定子繞組的故障嚴重時，會發生燒毀的事故，同時鐵心也會被燒毀，當這兩者一起損壞時，會導致發電機的定子接地。而且，據上文的分析，定子繞組在發生擊穿等事故前，基本上都會經歷一段時間的絕緣層老化或磨損的階段，如果說工作人員能夠準確的掌握這一情況，就意味著接地故障能夠被預測，工作人員也能夠及時的做好防御措施。雖然說繞組單相接地事故的危害相比于其他事故的危害而言要小許多，但它的出現卻意味著機組會出現更嚴重的短路故障。所以，及時發現接地故障能夠非常有效的降低發電機內部短路故障的次數，如果還能夠將位置進行確認，后期的工作就會更容易開展。如果，工作人員發現接地的故障是出現在發電機端部引線等部位，并利用保護的裝置能夠將故障的位置進行確定，那就盡可能的將故障給排除，從而降低損失。如果是發生在繞組的內部，故障位置確認后，也能夠加快工作人員檢修的速度。畢大強等人對此進行了研究，并通過研究的結果發現，如果將外加電源的單相接地保護和基波零序電壓保護所提供的故障信息充分的利用起來，能夠幫助工作人員對定子繞組的單相接地故障部位進行定位。

2.3 發電機因端部振動造成線棒端部松動使水電連接處產生金屬疲勞形成裂縫等問題如何解決？

首先，需要工作人員將檢查發現的漏點進行逐一標記編號，拆除對應的絕緣引水管、L塊、連接股線，使用浸水石棉紙做好其余線棒的防護工作。其次，焊工修復水盒漏點、下線配合焊接連接股線（包括裝L塊和連接股線），做探傷試驗檢查焊接位置，檢查合格后，清理焊接位置和水電連接頭、安裝絕緣引水管。再次，進行氣密試驗檢查、水壓試驗檢查。對端部重新進行整體加固綁扎后對其及手包絕緣進行加熱固化，固化后徹底清理發電機內部。最后，進行電位外移試驗，及端部模態試驗。注：如果同批次或單臺發電機發現多類、多處此類故障就應對其進行整體維修。

3 結語

綜上所述，發電機的單機容量越來越大，就更要避免和降低發電機發生事故的機率。這就需要工作人員對發電機的定子繞組等零件進行嚴格的檢測。無論是安裝環節還是后期的清理，都要嚴格按照檢修工藝標準來進行，保證其質量，力求不出現失誤。另外，就是要定期對發電機進行維護和檢查，將年限到期的零部件進行更換，但一定要注意不要將異物遺留在發電機的內部。最后，則是在檢測過程中發現泄漏電流超標時，一定要查明原因并處理后再進行投入運行，最終確保發電機組的安全穩定運行。

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