大型發(fā)電機(jī)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(shù)據(jù)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(guī)定的安裝工藝進(jìn)行安裝；進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的時候，出現(xiàn)放電的現(xiàn)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?yàn)榘l(fā)電機(jī)內(nèi)部某一部分設(shè)備的使用年限到期，使得定子繞組在運(yùn)行的過程中發(fā)生了擊穿事故。因此，本文對大型發(fā)電機(jī)定子繞組的常見故障進(jìn)行了簡單的分析，并提出了相應(yīng)的處理方式。

【關(guān)鍵詞】大型發(fā)電機(jī) 定子繞組 常見故障 處理分析

我國的機(jī)電設(shè)備越來越先進(jìn)，發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也在不斷的被提高。大型發(fā)電機(jī)是發(fā)電系統(tǒng)中最主要的設(shè)備之一，如果發(fā)生故障使其無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就會影響整個發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行，引起非常嚴(yán)重的后果造成巨大損失。據(jù)調(diào)查顯示，50%的事故發(fā)生原因都是因?yàn)槎ㄗ永@組的絕緣層發(fā)生了損壞引起的。而且，定子繞組故障又是發(fā)電機(jī)中最常見的故障，如果故障嚴(yán)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(yè)發(fā)生重大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 大型發(fā)電機(jī)定子繞組常見故障的原因

1.1 安裝的工藝

大型發(fā)電機(jī)的定子繞組安裝工藝，和建筑行業(yè)施工技術(shù)一樣，如果操作不當(dāng)就會影響到整個工程的質(zhì)量。所以大型發(fā)電機(jī)定子繞組安裝工藝水平也會影響其發(fā)生故障的機(jī)率。在四川某電廠中20kv等級的發(fā)電機(jī)，在對下層的線棒進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的時候，在52kv的階段多次出現(xiàn)了放電的現(xiàn)象，使得實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行。當(dāng)工作人員將繞組的端部表面進(jìn)行清理后，發(fā)現(xiàn)有半導(dǎo)體硅橡膠顆粒存在。通過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，槽口處所溢出的半導(dǎo)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(shí)驗(yàn)過程中多次出現(xiàn)放電的現(xiàn)象。當(dāng)工作人員將繞組的槽口等處進(jìn)行徹底的清理，并保證無半導(dǎo)體硅橡膠顆粒后，再次進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)順利通過。2015年1月，大連某電廠對其2號發(fā)電機(jī)定子線棒進(jìn)行了電位測量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)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(yán)重超標(biāo)，其它部位均無異?，F(xiàn)象，此數(shù)據(jù)與以往相比明顯增大，工作人員反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)并進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，超標(biāo)的緣故是因發(fā)電機(jī)的安裝工藝不當(dāng)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)線棒的端部水電連接焊口處出現(xiàn)了沙眼。除此之外，還因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的振動及線棒端部固定不牢，使線棒端部出現(xiàn)了松動的現(xiàn)象，造成水電連接處的金屬出現(xiàn)了疲勞的狀態(tài)，從而形成了裂縫。當(dāng)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(xiàn)故障，因?yàn)槔@組表面的電位本身就高于其它部位，再加上高場強(qiáng)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(xiàn)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(jìn)行操作或認(rèn)識不當(dāng)，都非常容易導(dǎo)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(xiàn)局部放電現(xiàn)象，使絕緣層不斷的被腐蝕，最終導(dǎo)致線棒主絕緣的使用壽命被縮短。

1.2 附屬設(shè)備

大型發(fā)電機(jī)都有附屬設(shè)備的存在，如果附屬設(shè)備出現(xiàn)了故障，也會對定子繞組產(chǎn)生一定程度的影響。所以，工作人員在對其進(jìn)行檢修的時候一定要進(jìn)行仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)問題就要及時進(jìn)行解決。如果是使用年限到期，要及時進(jìn)行更換。廣西某電廠，發(fā)電機(jī)是1995年投產(chǎn)的，在2013年6月時，發(fā)生了定子線棒下端絕緣盒擊穿的事故。事故發(fā)生的原因是因?yàn)闄C(jī)組的冷卻器管路發(fā)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(dǎo)致絕緣盒對地?fù)舸┦鹿实陌l(fā)生。10年和13年在不同的地域不同的電廠中，都發(fā)生了類似的問題，基本上都是因?yàn)槁┧?，使得絕緣性能降低放電，最終線棒導(dǎo)線被燒損。

1.3 手包絕緣效果不佳

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國的國產(chǎn)200MW汽輪發(fā)電機(jī)曾經(jīng)明顯的出現(xiàn)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?yàn)槭职慕^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(zhì)能夠輕松的進(jìn)入到絕緣層和導(dǎo)線之間，從而使絕緣的性能被降低。另外，繞組端部固定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，在使用的過程中，發(fā)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(fā)生在初次安裝和檢修的環(huán)節(jié)，因?yàn)闄z修工人所使用的零件都比較小，且數(shù)量較多，就使得這些零件很容易被遺落在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部，從而引起擊穿的事故。2009年5月貴州的某電廠在進(jìn)行測試的時候，就發(fā)現(xiàn)了泄漏電流不平衡，當(dāng)時分析認(rèn)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(yùn)行，便投入了使用。此后每次檢修檢驗(yàn)時都會出現(xiàn)泄露電流異常的問題，但一直未找到準(zhǔn)確的原因。在2012年6月，機(jī)組發(fā)生了相間短路的事故，定子線棒已經(jīng)被燒毀，無法鑒定出直接的原因。后經(jīng)專家分析認(rèn)為，是線棒端部表面存在殘留的半導(dǎo)體物質(zhì)。

2 處理分析

2.1多回路理論

定子繞組的內(nèi)部發(fā)生故障時，其氣隙磁場的諧波會非常的強(qiáng)，所以，慣用的參數(shù)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(fā)電機(jī)當(dāng)做是相互運(yùn)動的回路組成的一個大型的電路，在根據(jù)其定子繞組的接線方式來確認(rèn)定子繞組實(shí)際的情況。利用多回路理論能夠?qū)⒍ㄗ永@組實(shí)際可能發(fā)生的短路問題進(jìn)行計算，并且能夠?qū)⒚恳粋€故障的具體信息計算出來。此后，國外有部分學(xué)者開始利用該理論進(jìn)行電機(jī)內(nèi)部故障的研究，在1990年，德國一名教授發(fā)表了故障的計算方式，而美國的學(xué)者則開始研究瞬間故障的問題，并且利用了異步電機(jī)繞組不對稱的多耦合電路分析法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

2.2 定位方法

上文中提到過，定子繞組的故障嚴(yán)重時，會發(fā)生燒毀的事故，同時鐵心也會被燒毀，當(dāng)這兩者一起損壞時，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的定子接地。而且，據(jù)上文的分析，定子繞組在發(fā)生擊穿等事故前，基本上都會經(jīng)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(zhǔn)確的掌握這一情況，就意味著接地故障能夠被預(yù)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(xiàn)卻意味著機(jī)組會出現(xiàn)更嚴(yán)重的短路故障。所以，及時發(fā)現(xiàn)接地故障能夠非常有效的降低發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障的次數(shù)，如果還能夠?qū)⑽恢眠M(jìn)行確認(rèn)，后期的工作就會更容易開展。如果，工作人員發(fā)現(xiàn)接地的故障是出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)端部引線等部位，并利用保護(hù)的裝置能夠?qū)⒐收系奈恢眠M(jìn)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(fā)生在繞組的內(nèi)部，故障位置確認(rèn)后，也能夠加快工作人員檢修的速度。畢大強(qiáng)等人對此進(jìn)行了研究，并通過研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果將外加電源的單相接地保護(hù)和基波零序電壓保護(hù)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(jìn)行定位。

2.3 發(fā)電機(jī)因端部振動造成線棒端部松動使水電連接處產(chǎn)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(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)進(jìn)行逐一標(biāo)記編號，拆除對應(yīng)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(hù)工作。其次，焊工修復(fù)水盒漏點(diǎn)、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(yàn)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(jìn)行氣密試驗(yàn)檢查、水壓試驗(yàn)檢查。對端部重新進(jìn)行整體加固綁扎后對其及手包絕緣進(jìn)行加熱固化，固化后徹底清理發(fā)電機(jī)內(nèi)部。最后，進(jìn)行電位外移試驗(yàn)，及端部模態(tài)試驗(yàn)。注：如果同批次或單臺發(fā)電機(jī)發(fā)現(xiàn)多類、多處此類故障就應(yīng)對其進(jìn)行整體維修。

3 結(jié)語

綜上所述，發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量越來越大，就更要避免和降低發(fā)電機(jī)發(fā)生事故的機(jī)率。這就需要工作人員對發(fā)電機(jī)的定子繞組等零件進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。無論是安裝環(huán)節(jié)還是后期的清理，都要嚴(yán)格按照檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，保證其質(zhì)量，力求不出現(xiàn)失誤。另外，就是要定期對發(fā)電機(jī)進(jìn)行維護(hù)和檢查，將年限到期的零部件進(jìn)行更換，但一定要注意不要將異物遺留在發(fā)電機(jī)的內(nèi)部。最后，則是在檢測過程中發(fā)現(xiàn)泄漏電流超標(biāo)時，一定要查明原因并處理后再進(jìn)行投入運(yùn)行，最終確保發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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