发电机常见故障分析及预防措施

张锴

(哈电集团现代制造服务产业有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150046)

1 发电机损坏线圈故障原因分析

(1)定子线圈绝缘击穿和绝缘水平下降，这种故障多数发生在使用十年左右的电机上，发生这种故障时线圈绝缘局部发生损坏或造成击穿现象发生，相对来比，这种故障造成的烧损是比较严重的，在维修方面需要很长的时间才能使故障恢复到正常运行的状态，且维修中的费用也比较高。

(2)由于定子线圈的烧损严重，对相复励的电机来说，严重的会烧毁电流互感器、电抗器、桥式整流器以及发电机转子线圈绕组，使转子线圈匝间短路及变形，振动增加。

(3)由于外部环境中的土尘、水泥等颗粒性物质及水和油污等物质浸湿绝缘层或绝缘线圈，再加之在槽口拐弯部位浸漆的不完全，都会使定子线圈的绝缘层损坏，因为在这些易损部位，当电场集中时，这些部位承受的变应力就很大，在正常工作一段时间后就会暴露出来，这样就会引起电压击穿或接地烧毁等事故的发生，对正常的运行情况造成影响。

(4)线圈烧毁还有另一个主要原因，在电机使用过程中，平时缺乏必要的检修和保养，电机正常运转过程中会使轴承产生一定的磨损，磨损严重后会造成转子扫膛，这时的定子就会持续高温状态，因而持续的高温就会烧毁线圈，使之无法正常工作。

2 绝缘老化分析

在线圈绝缘老化时，接地电阻、匝间绝缘电阻及相间绝缘电阻均达不到规定的最低耐压标准，这时就会表现在相组正常运行时出现电压击穿现象。

2.1 运行年数久出现绝缘老化

一些大的发电机组一般都是运行的年数较久，运行十年左右的机组占很大一部分，这部分机组普遍设计于七八十年代，由于当时的科技水平与现在还存着较大的差距，所以在绝缘层上多数采用云母及黄腊绸绝缘结构，漆包线采用耐温120度的漆包线绕制而成，这些材料在机组经年累月的运行下，绝缘材料自身会产生挥发现象，材料的挥发就会导致绝缘层内松散，甚至脆化，这样的绝缘层在强电场的情况下，内部的空隙就会产生内游离，逐渐与绝缘层脱离，如果机组在正常运行时还不会有明显的变化，一旦机组运行异常，如系统电压波动，油垢浸蚀，短路冲击，或机械振动等，脱离的绝缘层会立刻发生绝缘击穿事故。

2.2 浸胶不良，绝缘脱壳，股线松散

对于一些使用多年的机组，在起动时会发生电压调不上去的现象，在经过一段时间后才能恢复到正常水平，引起这种现象多数是由于绝缘漆发生脱壳和股线松散造成线圈绝缘不良槽底绝缘纸老化等原因造成的，这种情况下一旦电场变强，就会在内游离作用下使导线和绝缘层进行脱离，在这种脱壳状态下，当电磁力和机械力相互摩擦过程中会引起股线之间短路或击穿，还有当浸漆不透时，也会造成绝缘层内含气量大，产生内流离现象。当发生故障的线圈进行拆卸时会发现，股线内有腐蚀及锈迹的情况，绝缘内有麻点。

3 转子线圈过热烧损分析

发电机在运行过程中，较长时间的超负荷运行，势必引起绝缘老化，造成匝间短路，机组振动较大，对风扇冷却的发电机，如何提高线圈的耐温系数，与发电机正常运行，出力监定和绝缘寿命关系极大，特别是提高出力运行，这成为行业重要技术问题之一。

七八十年我国生产的300Kw以下发电机组大都在定子线圈中不放置测温元件，发电机线圈的最热点在正常运行时，应在槽内沿轴向长度的中部，但在提高出力时，最热点已经转移到端部了，这时发电机由于过荷引起定子线圈绝缘加速老化，过热烧损线圈和铁芯，更危险的是加速引起端部的线圈过热着火事故。

4 定子线圈温度分布的分析

4.1 首先分析槽内单层线圈的情况

最初假设线圈的全部横断面上的电流密度j是一样的。那么从槽底到槽口的磁密度应当是直线增大的。但是，涡流也产生自己的交变磁场，方向与原主电流建立的磁场相反，削弱原主电流建立漏磁场。从槽底到槽口的密度是逐步增大的，靠槽底的导线感应电动势最小，靠槽口的感应电动势最大。 因此，涡流的电流密度沿槽高度分布是不均匀的，槽底导线的电流密度最小，槽口导线电流密度最大。

4.2 轴向温度分布

发电机定子线圈槽部和端部的损伤是不同的，严格的说由于端部各部分的漏磁密度不等，部端各部分的损坏也是不同的，另一方面，沿轴向长度。每一小段的散热情况是不一样的，比如，槽部的径向通风量不一定相等。端部有绑线沿线圈长度的风量分布就更加不均匀了。再加发电机底部线圈因受泥沙、油污的浸蚀，堵满了槽口，因此沿外圆端部的散热情况也是不同的。

在长度力一向上温度高低规律随电流变化的典型实例是有些发电机带额定负荷，特别是提高出力后，端部线圈的温度比槽部的温度高，有的发电机端部过热后，有沥青胶流出，而槽部仍很正常，有的发电机最端部线圈过热着火烧坏，拔出线圈检查槽部发黑的情况轻微些。

当电流超过一定值后，端部线圈比槽部线圈温度高的现象可以解释如下:槽部线圈主要靠铁芯传热，随着电流的增大，槽部的铜、铁温差增大，相对地说线圈的散热条件逐渐改善了，所以槽部线圈的温升一电流平方关系直线斜率小一些。

5 发电机事故预防措施

根据多年来发电机损坏事故和重大事故分析，以及运行维护的经验，下面谈谈发电机事故预防的技术措施，以提高发电机出力。

(1)严格控制发电机定子线圈的温度，采用线圈中埋设测温仪，在配电屏安装温度计，其观察定子线圈的温度不超过改造后的线圈耐温值。

(2)发电机定子线圈最热点和局部铜温的最高允许值提高，是受所用材料的耐温性能的限制，所以选择漆包线，绝缘材料，绝缘漆及绝缘套管等犹为重要。

结语

发电机作为大型动力设备，由于其体积小、功率大、转速高、运行平稳等众多优点，在水电站中占有极其重要的位置，其安全运行对水电站的正常运营起着重要的作用，随着科学技术的进步，发电机组不断的向大型化和自动化方向发展，一旦这样的机组发生故障将会给企业带来巨大的经济损失，所以在正常运行中就需要及时对机组进行检测，深入研究发电机各种故障的机理及发生原因，提早预防及检修，避免事故的发生，提高发电机的可用性。

[1]张颂，李向伟.水轮发电机磁极线圈匝间绝缘的检测[J].电工技术，1998（03）.

[2]贺正杰.发电机定子线棒绝缘烧损原因及对策[J].小水电，2004（01）.