發電機定子繞組電腐蝕原因分析及處理方法

【摘 要】在水電站系統中，發電機處于核心地位，為了保障系統安全穩定作業，對發電機的保護就格外重要。妨礙電力系統穩定運作的原因中，極為常見的就是定子繞組的腐蝕問題，所以提前預測到定子中的故障問題可以防止事故的嚴重性擴大，對機組在運作時候進行監測變得十分關鍵，本文對于其電腐蝕故障原因進行分析，提出了相應的解決方案。

【關鍵詞】發電機；定子繞組；電腐蝕

Abstract：In the hydropower station system，the generator is in the core position，in order to ensure the safety and stability of the system operation，the protection of the generator is particularly important.Hinder the cause of the stability of power system operation，the most common is the corrosion of the stator winding，so early to predict the seriousness of the problem of faults in the stator can prevent accident expanding，to conduct monitoring and become very critical unit in operation time，this paper to analysis the corrosion failure reason，puts forward the corresponding solutions.

Key words：Generator；Stator winding；Electric corrosion

根據電機故障類型的分類，電機故障可以被分為四種分別為：軸承故障，定子繞組相關的故障，轉子故障，偏心故障。這些故障類型分別對應了電機的主成分：定子、轉子、軸承、保持架。發電機中，定子的地位是非常關鍵的，因此深入的研究定子中的電腐蝕問題的在線監控對維護機組的穩定運作有非常重要的意義。我們希望通過對其故障原因有著精準快速的反應，可以實現圖形化展示，同時擁有將數據進行打印的作用，可以更加方便的讓工作人員進行數據的對比，精確掌握電腐蝕數據，可以更好的保護電力系統的運作，提早進行檢查維修。

1 發電機定子繞組的維護重要性

在工業屆，往往是某個企業負責一個很小的零件，在一個企業內更是把一個零件拆分成了若干的生產流程，每個流程對應各自的生產標準和生產設備。但如果某個細小流程的某臺設備因為不知名原因發生停機，便會造成蝴蝶效應般的影響，這也是社會分工的缺點。這時一般有幾種可以選擇的方案：第一，定期停機維護，但電氣化時代一個工廠的設備往往是多種多樣的，很難找到這樣的維護人員，同時這些現代化設備要么都是機械結構復雜，控制精度為了滿足控制精度也異常復雜，此類設備的人為保護和維修的檢查項目相當多，也導致了很大的工作量，在對設備工作狀況要求嚴格的場合，特別是當系統出現一些輕微故障或者偏移時，憑借人的經驗和感官往往難以達到要求；第二，不進行維護，或者只進行一些細小的維護，設備有問題后再維修或者購買新設備；第三，根據生產規律，多準備一些機器，這樣某臺壞了便換一臺。雖然方案三看似合理，但因為現代設備價格昂貴，這些都不是理想的解決方案。很多時候某些工廠會根據自己的需要購買一些高端的設備去適應市場對他們的要求，工廠的技工在面對大型而又復雜的精密設備時經常是一頭霧水，他們不敢隨意拆開這些設備進行檢查。實際上，現代化設備是忌諱被經常拆開維護的，是不是的拆開維護總是對設備的精度和壽命等產生很惡劣的影響。有人形象的比喻設備維護就像醫生給病人看病一樣，最高的境界是根據外在的表現形式就能推導具體的需要維護的位置，就好比中醫里“望聞問切”便能查到病人的病因，如果你總是想拆開看看情況，必須承擔的代價是開刀留下的傷口以及傷口等留下的副作用對病人的影響是長期的。因而為了檢測這些先進設備的狀態，科學的方法先進的測量儀器是必須的。另一方面，現代化工業往往是分環節進行的，某個環節出了錯會導致整個生產鏈的停滯，帶來的后果是設備故障停產帶來的損失越來越大，為了減少設備停產，只能進行更加頻繁的維修和維護，維修成本在總生產成本中的比重越來越大，導致維修和維護成本急劇上升，根據相關資料數據顯示，工業革命后，因設備故障與維修產生的費用占美國鋼鐵工業制造成本的15%左右，這些高昂的設備維修和維護費用表明，現在的維護方式急需變革，新的低成本的維修或維護方式將越來越受到廣大廠商的青睞。

設備診斷技術正是在實際工業生產對設備的安全性和維修的迫切性這樣的環境下成為了一個獨立的研究方向，無數相關領域的科研工作者在自己的領域在夜以繼日的推動著設備診斷技術的一步步發展。在如今競爭激烈的工業環境中，往往是壽命長，性能可靠，控制精度高的設備盡管他們的購買成本高，但因為維護成本低，生產的產品質量高、生產效率高而市場占有率明顯占優。這其中，診斷技術已經逐漸成為設備制造企業的核心競爭力，相信伴隨著半導體技術的發展，工藝的改革，診斷技術將會得到更加廣泛的利用，并在不同的領域產生良好的社會效益。它的作用和產生的效益也逐漸得到了工業領域廣大科研工作者的認可，隨著設備診斷的覆蓋面越來越廣，相信設備診斷的理念將得到更多的人所接受。而電機常常作為設備的“心臟”，是設備維護中最為重要的一個環節，能否及時的診斷出電機故障或者能否在電機出現故障的初期檢測出電機故障時電機故障診斷的關鍵。而且隨著電機維修的發展，已經逐步開始從事后維修轉化為了預防故障和容錯運行，而電腐蝕故障作為常見的電氣故障以及嚴重電氣故障產生的重要誘因，因此對電腐蝕故障后三相電流進行仿真分析具有重要意義。

2 發電機定子繞組電腐蝕原因分析

通常來講，電機的故障診斷過程一般被分為以下四個部分，也就是數據獲取，特征提取，故障分析，決策。獲取的數據有時候根據故障診斷技術各異，主要包括溫度、力矩、振動、電流和電壓。通常，電機故障診斷研究和實踐方案主要有基于物理理論的研究方案、實驗驗證的實踐方案和模型仿真研究的研究方案。

發電機定子繞組電腐蝕的故障原因如下，由于主勵磁機輸出電壓頻率為200Hz，每個整流周期為5ms，且每個周期出現6個尖峰脈沖，所以在20ms內會出現24個尖峰脈沖。對于3000r/min的發電機，定子旋轉一周（20ms），定子電壓會出現24個尖峰脈沖。結合定子表面24個規則的電腐蝕斑痕，因此認為造成電腐蝕的直接原因是經過三相橋式整流的電壓含有高頻尖峰脈沖所致。由于定子接地保護原理要求裝置需長期引入定子電壓，同時因采樣電阻R的存在，造成整流橋輸出正負極間通過機頭定子始終有電流流過。加之機頭定子材質其通流容量設計值較低，因此在勵磁電壓的尖峰脈沖長期作用下，機頭定子出現規則的電腐蝕痕跡。除此之外，還有部分突發性的事故，好比匝線之間絕緣片的移動、定子頂部熱量太高發生變形、很小的電子顆粒或廢渣誤進定子中的線圈頂端和透風縫隙中會產生電腐蝕等問題。當機組進行靜止狀態啟動時，或者恒定運作時，線圈中的匝線會發生對向運動，使兩個匝線之間相互磨損絕緣，使匝線電腐蝕碰觸。若無視這種電腐蝕問題讓其發展到一種狀態時，會出現“單極電流”和“單極電勢”的情況，出現機組有用磁勢衰弱，妨礙系統無用功的輸出，從而產生磁場不均衡使得硬件震動，以至主要軸承產生磁化。

3 發電機定子繞組電腐蝕處理方法

由于定子出現電腐蝕痕跡主要是由于存在尖峰脈沖的勵磁電壓通過定子及定子接地保護裝置中的電阻構成回路，加之定子通流容量較低，在尖峰脈沖的長期作用下出現電腐蝕痕跡。因此解決定子電腐蝕可從幾方面著手進行。

（1）采取措施消除勵磁電壓波形中的尖峰脈沖。通常情況下，為降低輸出電壓的上升速率，防止出現尖峰脈沖，在電壓輸出端及二極管兩端應增加阻容吸收回路。但由于無刷勵磁系統的所有零部件均處于高速旋轉狀態，如增加阻容吸收回路，對一次設備的結構必須重新進行設計、加工、制造，工作量較大且難于保證現場的使用要求。

（2）對定子接地保護構成原理進行改造，避免采樣回路在正常情況通過定子流過回路電流。如對保護構成方式進行相應的改造，使采樣回路在正常情況下不流過電流則可避免電腐蝕情況出現。

（3）電腐蝕的最終后果是定子表面由于電火花而灼傷，使定子表面凸凹不平。因此通過改變定子的金屬材質，采用高導電性、耐高溫、耐腐蝕的合金材料可有效抑制電腐蝕的發生。但由于受定子的安裝工藝限制，此方法現場很難實現。

（4）電腐蝕的直接原因為定子與碳刷之間產生電火花，使定子過熱，從而燒灼定子表面。為控制電火花的產生，應盡量減小定子與碳刷之間的接觸電阻。為防止定子表面過熱，應適當減小接觸面的電流密度。

4 總結

想要做出問題的判斷那么問題產生的原因是基礎，當我們了解大多數出現問題的原因和發生故障時的特征，才可以對電腐蝕原因明白、深入的了解，研究出適合大部分機組的解決方法，才能有針對性的解決檢測時的精確性和敏感性的問題。根據之前的探討可以了解到，目前對問題原理的討論僅僅對應的是某一種電力系統，并且做出了簡單化整理，這種情況得到的問題特征會十分模糊，所以對問題原因的探討是解決繞組中電腐蝕問題的根本。

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作者簡介：

舒朝暾（1977年8月-），男，漢族，湖南懷化市洪江區人，大專，助理工程師，主要從事電氣一次維護與管理工作。

（作者單位：懷化沅江電力開發有限責任公司洪江水力發電廠）