摘要：经济的高速发展带动了各个行业的进步，无形之中带动了电力企业的发展。不论是工业农业抑或广大人民群众的日常生活都离不开电力。电已然成为了我们生活的一个必不可少的要素。随着我国机电制备技术的不断改进，发电机的单机容量也不断提高。大型发电机是电力系统中最重要的主设备之一，大型发电机出现故障导致无法运行，将会造成巨大的经济损失和严重的后果。本文针对汽轮发电机绝缘故障进行简要分析，并且提出一些有效的处理方法。
关键词：汽轮发电机；绝缘故障；处理措施
1导言
大型发电机是电网中能量产生的核心，其运行状况是否良好严重影响整个电网运行的安全与稳定。而大型发电机主绝缘是发电机的重要组成部分之一，其绝缘状况很大程度上决定了大型发电机的可用性和剩余寿命。发电机正常运行的时候，时常出现各种各样的毛病，而这些毛病的出现通常都没有一点的预兆。一旦毛病出现了，就会导致设备不能够正常的运行。本文通过实例介绍出现故障的原因，便于电厂在运行维护时采取切实可行的预防和控制措施，防止事故扩大，提高事故分析的正确性。
2设备概述
某电厂2号发电机额定容量为600MW，2008年11月投产，型号是QFSN-600-2，定子线棒上层42根、下层42根，线棒主绝缘厚度设计值为5．4mm。定子线棒端部由两道径向可调绑环、一道鼻端径向内撑环等固定在大型整体锥形支撑环上，为限制端部定子与转子气隙进风量，增加定子铁心背部进风量，降低发电机中部区域温度，在端部第二道可调绑环上加装了气隙隔板，汽励两端端部气隙挡板各四块。发电机定子端部结构如图1所示。
图1 定子端部结构示意图
3发电机正常运行规定
3.1发电机冷却系统及各部分温度规定
（1）发电机空冷器采用开式循环冷却水作为冷却媒介。发电机定子绕组、定子铁芯和转子冷却方式均采用封闭循环空气冷却。（2）发电机冷却空气进风温度控制为20～40℃，冷却器进水温度不允许超过33℃，水压不得超过0.6MPa。夏季进水38℃时，负何降至额定的85％。（3）空气冷却器设计为2组4台，当进水温度33℃时，一个冷却器退出运行，发电机能在80%额定出力下连续运行；当夏季进水38℃时，一个冷却器退出运行，发电机能在60%额定出力下连续运行。（4）发电机各部件温度应在规定范围内。各部件温升或温度限制：当冷风温度为40℃时，发电机定子绕组、转子绕组、定子铁芯温升限值为80K；发电机轴瓦温度限制为80℃。（5）汽机发电机轴承进油温度39～45℃，出油温度不得大于65℃，油压0.096-0.124Mpa。（6）燃机发电机轴承进油温度39～45℃，出油温度不得大于65℃，油压不小于0.13Mpa。
3.2负荷、电压、频率的监视
（1）正常情况下，发电机不得过负荷运行。（2）正常运行时，发电机电压应在额定值的95%～105%范围内变化，最高不允许超过额定值的110%。电压升高时，应特别注意铁芯温度。（3）发电机周波应经常维持在50Hz运行，其变化范围在50±0.2Hz以内，最大变动允许为50±0.5周/秒之间，由于周波过低引起发电机本体局部温度超过正常数值时，应降低发电机出力，直至符合允许温度为止。
4 汽轮发电机绝缘故障产生的原因
4.1汽轮发电机定子端部绕组短路故障
对于设备来讲，这种问题发生的几率非常高。因为它的上方存在较为薄弱的绝缘体，而一旦它受到油污等的腐蚀的话就会使得绝缘能力变差，继而就会导致引出线与水接头绝缘的短路故障。具体来讲，因为引出线的绝缘是手包形式的，而在处理水电接口地方的时候也是在下线以后开展的，再加上工艺方面的缺陷，就导致了绝缘的品质变差。至于水电接头绝缘性能来说，经过长期使用而沾满油污和水分等杂物的涤玻绳可能会导致两相短路。除了上述情况以外，如果油污较多的话，当氢气的温度高于界定值以后，就会导致绝缘能力变差。对于渐开线来讲，假如没有做好其故障区域的清理工作的话，一旦受力就会出现振动现象，进而使得绝缘处理受到严重的干扰，最终出现短路问题。上述几点便是短路问题的常见原因。对于这些存在的不利点，我们一定要认真分析第一时间处理，只有这样才能够将问题带来的负面效益降到最低。
4.2汽轮发电机定子线圈漏水、断水故障
对于汽轮机来讲，其定子线圈处经常出现渗漏现象。而这种问题出现的主要原因在于在焊接的时候没有处理好定子导线，进而使得接头的地方经常发生渗漏。除了上述以外，空心铜线的品质不高，没有牢固处理绕组，均会导致导线不牢固，进而引发渗漏问题。另外，如果设计不当导致绝缘水管比正常长度要长的话，就会使得管线和电机摩擦，时间久了就会出现问题了。
4.3汽轮发电机转子故障原因分析
除以上讲述的问题之外，转子的绝缘问题同样不容小觑。对于转子绝缘来讲，它的问题主要发生在绕组匝间。具体来讲，是因为绝缘处理被破坏了，进而引发了短路问题。除了上述以外，滑环破损也是一种常见的问题。而导致这种问题发生的原因非常多，比如设备运行振动而引发的电刷破损；长时间的运作导致碳粉聚集，如果聚集得太多而没有第一时间处理的话就会导致无法通风，最终引发问题。
5汽轮发电机绝缘故障的处理
5.1定子绝缘低处理措施
（1）用压缩空气对发变组所属隔离开关、离相封闭母线、进出引线、高压绝缘支持瓷瓶、穿墙套管、电缆头进行吹扫。（2）微正压装置出口风管加装电加热器，压缩空气经加热器加热，通入封母，以干燥发电机至主变、出口PT、励磁变压器之间的封闭母线。加强检查封母的密封情况，发现漏气及时修复，在发电机停机后投入，发电机并网后退出。（3）开机前尽早启动盘车，加快空气的流通，把潮湿的空气置换出来，关闭空冷室冷却器进出水门，拆开发电机空冷室人孔门，在里面加装烘灯、风扇，利用热空气除湿；加装除湿器，吸收水蒸气，加快除湿。
5.2定子绝缘问题的应对方法
在汽轮发电机运行的过程中，会发生定子绕组导线断股的情况，在这种情况下绝缘内部和表面会发生局部放电量的不良现象，严重时会产生能辐射出很强电磁能的电弧。针对这种情况，射频监测技术可以对局部放电以及绝缘状态进行在线监测，其原理主要是高频电流互感器可以获取到定子绕组中心线上的高频放电信号，从而诊断出发电机内部是否存在放电现象。根据放电量的情况可以判断放电部位，可以在故障发生的早期检测到绝缘的缺陷。除此之外，针对定子短路的故障在检修时引线应该选择包绝缘材料，保证绝缘的连续性，认真刷绝缘漆，按照正规操作进行烘焙使其固化。对于绝缘盒的选择应保证密封性良好，避免有油污进入。定子绕组端部和引线应适当增加端部压板，并在鼻端增加切向支撑板，以保证其良好的固定性。总的来讲，导致短路现象的原因非常多，我们能做的就是认真分析潜在的危险要素。
5.3转子绝缘问题的处理措施
发电机转子绕组的绝缘故障表现为转子绕组一点接地、两点接地和层间、匝间短路等形式。
（1）转子绕组一点接地。当发电机转子绕组一点接地时，对发电机不会造成危害，除保护发出信号外，通常无其他异常现象。但转子一点接地很容易发展成两点接地而危及机组的安全。因此，规程规定，隐极式发电机转子绕组发生一点接地时， 应查明故障地点与其性质，尽可能及时安排停机处理；凸极式发电机（特别是多极式发电机）因其气隙分布不均匀，转子绕组发生一点接地时，应迅速转移负荷，停机处理。一般不允许继续运行。
（2）转子绕组两点接地。当发电机转子绕组两地点接地时， 由于故障点流过相当大的故障电流而烧伤转子本体；由于部分绕组被短接，励磁绕组中电流增加，可能因发热而烧坏、气隙磁通失去平衡，从而引起振动。特别是多极发电机会引起更加严重的振动，甚至会造成灾难性的后果。所以当发生转子绕组两点接地时，必须立即停机处理。
（3）纯粹的层间、匝间短路。纯粹的层间、匝间短路的现象是电流增大，伴随有异常振动的发生。此时，必须减少负荷，使振动或转子电流减少到允许的数值。必要时亦应解列停机检查。
6结语
发电机绕阻的绝缘故障有不同的表现形式及特点。产生故障的原因很多，近几年随着有关人员的共同努力，大型发电机绕组绝缘故障得到了一定的控制, 但离彻底解决还相距甚远。绝缘及振动问题还有待制造厂进一步改进设计, 采用新材料、新结构、新工艺；尤其要完善工艺质量监督体系和制度, 并贯彻于产品制造的始终。现场运行的管理尚需加强,检修、运行人员的技术素质和责任心已成为保证机组安全的关键。随着自动化技术的发展, 也寄希望于科研和制造部门能完善大型发电机的在线监测手段和运行介质参数的自动跟踪调控。
参考文献
[1]杨崇.汽机发电机绝缘低分析[J].机电产品开发与创新,2017,30(05):37-39.
[2]师富见.汽轮发电机绝缘故障的处理探究[J].科技创新与应用,2017,(14):141.
论文作者:吴笃超
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：发电机论文; 绕组论文; 定子论文; 转子论文; 故障论文; 汽轮发电机论文; 温度论文; 《电力设备》2017年第31期论文;