發電機定子線圈絕緣擊穿原因分析

李京哲 楊鳳君 王 勇

（哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

電站在生產電力的過程中，主要是依靠發電機組的穩定運行，提供穩定的電力。一旦發電機出現故障，則很可能夠造成電力生產過程的問題發生，如電壓不穩定、電流不正常等。發電機故障現象中，定子線圈絕緣擊穿是較為復雜的故障，嚴重影響到電站的發電。對此，企業應加強該故障現象的研究，找出導致該故障現象的原因，從源頭上給予控制，確保電力生產過程的平穩，最終推動電力企業的發展。

1 電站簡介

某電站裝機容量可達2x3.2MW，每年運行時長達5000h 以上。由于該電站建立較早，一些零件存在陳舊現象，對于電站的維護同樣存在一些困難。電站發電機應用的是1#發電機定子線圈，屬于B 級絕緣，由于電站運行過程中，屬于對B 級絕緣維護，電站運行過程中存在多種問題。發電機在運行過程中，還出現了定子線圈擊穿故障。

2 定子線圈擊穿故障的現象

案例發電機型號為TS325-3150/36，其定子接線為Y，冷卻方式采用空氣冷卻，額定電壓為6.3kV，額定功率因數為0.8。線圈絕緣為B級絕緣。線圈擊穿事故發生前，系統運行正常，保護系統靈敏、可靠運行。由于天氣變化，伴有雷擊現象，導致電站被雷擊損害，造成電站線路過電流保護，線路開關產生跳閘，發電機出現空載運行現象。另外，值班人員在正常的工作過程中聞到絕緣焦臭的味道，在仔細檢查后發現，該味道源于發電機內部。值班人員決定立即打開發電機蓋板，打開后，出現大量煙霧。在綜合分析基礎下，判斷為發電機內部絕緣產生變質現象，導致線圈短路。

3 故障現象及原因分析

3.1 故障現象。（1）在對發電機線圈進行檢測時，分析10 支線圈絕緣均有明顯下降現象，而其中一只線圈出現對地擊穿現象，觀察線圈表面，發現絕緣線圈絕緣層老化明顯，伴有黑色軟泥物質。（2）結合現場情況來看，一些線圈還存在固定綁繩松動、線圈上層與下層之間窄邊處主絕緣存在磨損嚴重現象，觀察寬邊位置后，發現其防暈層良好。（3）在線圈下端部發現線圈擊穿點，進一步觀察可知，其防暈層有近10mm 消失，主要絕緣層脫離，基層位置的線圈清晰可見，主要表現為銅線圈，故障點四周還存在墊條、黑色泥土物質。其余線圈沒有發現明顯的擊穿點，但情況大體相同，均呈現絕緣層老化現象。

3.2 故障原因分析。（1）結合發電機的生產廠商，維修養護記錄可知，該發電機的安裝過程中，采用了瀝青絕緣線圈，做好防潮處理，噴涂過絕緣漆等，現階段而言，該設備由于絕緣老化等原因，存在絕緣強度下降現象。（2）電站不避雷設施不健全，該電站的建設過程中，只有在升壓站末端裝設了一組避雷器，線路在遭到雷擊后，其電流則會直接深入到發電機內部，很可能導致發電機線圈遭到擊穿的現象產生。（3）線路過流保護時限較短。雷擊電流可往往較快，可能在0.9s 以下便傳遞到發電機線圈中，保護系統在0.9s 后啟動，不能夠形成有效的保護，進而不利于發電機的健康、平穩。（4）正常情況下，發電機運行，轉子會在定子內腔旋轉，定子、轉子之間會產生相互作用的關系，此時，定子機座將受到轉力波的作用，進而導致周期性的振動現象產生。而振動幅度的高低則取決于轉力波的大小。定子鐵芯槽內的線圈是層疊繞形式，上、下層之間還存在1 根不同相，這表明，機組運行過程中，定子繞組三相電流在同一線圈槽內時刻存在著相互吸引或相互排斥的現象。而由于相位之間的差異現象，吸力則會有1 個周期性的強弱變化，因此，線圈槽內存在低頻振動現象，這種低頻振動現象在長時間存在的情況下，也會導致線圈的損壞現象發生，進而在雷擊等天氣現象發生時，產生被擊穿的概率會大為上升。（5）基于線圈振動因素而言，機組在常規運行狀態下，電流、機械、電磁三部分存在互相影響的關系。具體而言，轉子的運行過程中，存在質量不均的情況，會產生重心位移現象，重量的不平衡，則可能在旋轉過程中產生單邊離心力，此時支撐力會發生改變，進而導致轉子振動現象發生。轉子振動則會引起機械設備的振動，導致線圈磨損現象發生。這也可能導致雷擊天氣條件下，發電機定子線圈被擊穿故障發生。

4 故障點的查找及處理

為了能夠準確判斷故障點，決定采用2500V 搖表進行測定定子線圈的絕緣值與吸收比。測定過程中，優先采用500v檔位，測定發電機定子線圈，測量后發現，該發電機線圈絕緣值仍滿足規范要求。對此，為了能夠有效測定出故障點，決定采用QJ44 型號雙臂電橋測量發電機定子線圈直流電阻值，測定結果表明，其B 值相對偏大，三相平衡度可以達到21.75%，因此，初步測定懷疑，其故障點出現在B處。為了加快測定速度，決定拆除發電機上擋風板，再對定子線圈測定。拆除后，發現定子線圈上端部分出現多處的黑色物質，該黑色物質呈現軟化特點。經仔細分析后，判斷該黑色物質為定子線圈絕緣瀝青老化后，受熱溢出，落到此處，但此處未發現線圈灼傷、線圈被擊穿等現象。然后決定從發電機定子線圈下端進行檢測，查找灼燒擊穿位置，在檢查中發現線圈下端位置存在明確灼傷現象。結合線圈的灼傷程度，技術人員認為，這種現象不能夠再次啟動發電機，無法生產電力資源。對此，決定給予處理，具體處理過程中，拔出轉子，在給予處理后，方可英語，也可以采用直接更換的方法。

5 防止發電機定子線圈絕緣擊穿的建議

5.1 優化設計。從設計角度出發，優化設計，則利于提高發電機的運行質量，確保效率，保障發電機運行過程中的穩定安全。具體設計過程中，設計人員可以充分結合現代化材料、技術等，提高發電機系統的建設質量。例如，可以結合現代化絕緣材料的應用，提高絕緣材料的耐磨性，減少絕緣材料的磨損、腐蝕等現象產生。優化設計，還應注重各個結構之間的影響關系、質量均勻關系等，最終保障發電機運行過程中的穩定、安全。

5.2 建立科學的保養維護制度。電站發電機建立完成后，企業應給予科學的維護保養，以能夠確保發電機的運行狀態，減少一些故障的產生。對此。為了能夠有效實現對發電機設備的維護保養，企業則應建立相關維護保養制度，從管理體制上認真落實相關發電機的維護與保養工作，確保發電機的運行狀態。另外，維護保養團隊還應加強對發電機維護保養方法的學習，加強對一些故障的研究，提升對發電機運維效率，真正保障電力企業的利益。

6 日常工作中發動機的維護保養方法

對于發電機運行維護而言，日常維護工作同樣重要。具體而言：（1）每次開機前應檢查潤滑油、冷卻液液位；檢查空氣濾清器阻塞指示器；檢查散熱與外部通風情況；檢查燃油供油情況。長時間運行每6～8 小時檢查一次。（2）每運行50 小時，應排放油水分離器中的積水；每運行50～600 小時應一同更換潤滑油及潤滑油濾清器、清洗或更換燃油濾清器、并檢查清理燃油管路。（3）每運行400小時檢查清洗散熱器芯片，排放燃油箱內淤泥物。（4）無每運行800 小時檢查渦輪增壓器是否泄漏，檢查進氣管道有泄漏。（5）每運行1200 小時調整氣門間隙；2000 小時或至少24 個月更換空氣濾清器、更換冷卻液及冷卻液過濾器，徹底清水道。（6）每運行2400 小時檢查噴油器，徹底檢查清洗渦輪增壓器。二、發電機的維護保養交流發電機的內外部都應定期清理。將所有電源斷開，把外表所有灰塵、污物油漬、水或任何液體擦掉，通風網也要清潔干凈。發電機線圈回潮引起的絕緣電阻下降，必須將發電機進行烘干。（7）控制屏的維護保養，機組控制屏的日常維護保養應保證表面清潔，使儀表顯示明確直觀，操作按鈕靈活可靠機組與運行中震動會引起控制屏儀表零位偏移，緊固件松動，所以應定期對控制屏校表，緊固連接件、連接線。

7 結論

綜上所述，發電站的生產運行過程中，發電機是重要的電力生產設備，一旦發電機組出現問題，則會直接影響到電站的發電，影響到人們的穩定用電。導致發的機故障的原因有多種，其中定子絕緣擊穿是較強嚴重的故障，且具有檢修困難的特點。基于此，發電站在經營管理過程中，應注重對該故障問題的研究，認識到避免該故障現象的策略，積極引用，提升電站的運營效率，真正為人們的生活質量提高提供保障。