灯泡贯流式水轮机故障分析处理

冼桂昌

摘 要：灯泡贯流式水轮机是水利基础设施的重要组成部分，其运行质量直接影响着水轮机组整体功能的发挥。笔者结合多年的实践经验，介绍了灯泡贯流式水轮机存在的一些故障，重点探讨了这些故障产生的原因，并提出有效的处理方法，以供实践参考。

关键词：灯泡；贯流式；水轮机；故障；水利

中图分类号：TK733+.8 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0057-02

随着我国社会经济建设步伐的不断加快，国家对城镇基础设施建设的投资力度不断增加，特别是发电站的投资建设。灯泡贯流式水轮机是水电厂的重要设备之一，担负着将水流能量转换为旋转机械能的任务，且具有运行效率高、适用水头低、过机流量大和投资成本少等优点，可以有效提高水电厂的整体运行效率，对确保城镇经济活动的用电和发展有着重要意义。

但部分水轮机在运行中容易出现一些故障，主要包括定子铁心位移、转子扫膛裂缝和定子绝缘损害等质量问题，严重影响到水轮机组日常运行的安全性和可靠性，甚至造成不可挽回的损失。因此，水利人员必须重视贯流式水轮机故障的处理工作，最大限度地减少因故障引起的损失。

1 灯泡贯流式发电机的优缺点

灯泡贯流式水轮发电机具有厂房结构紧凑、工作水头低、投资成本少、水轮机效率高和工期短等优点。为了改善水流条件、提高机组效率，灯泡贯流式水轮发电机的转速较低，定子直径和转子磁极空间都比较小，定子铁心相对较长。这些结构上的特点，使此类发电机机组存在以下先天性的缺点：①散热条件较差，造成运行温度偏高；②转动惯量较小，使系统的动态稳定性降低；③转子的过度摆动，使阻尼条感应较大的电流和承受较大的机械力，造成阻尼条过热或断裂；④与一般水轮发电机相比，其气隙较小，容易产生较大的单边磁拉力，甚至发生转子扫膛故障；⑤由于转子磁极空间小，励磁安匝数受到限制，调相运行比较困难。

2 灯泡贯流式发电机常见故障

灯泡贯流式发电机常见故障主要有定子铁心位移或松动、转子扫膛及中心体裂纹、定子绝缘损坏和运行温度过高等。

其中，定子铁心位移或松动是灯泡贯流式水轮发电机常见且较为严重的故障，各生产厂家的电机在铁心松动的部位和形式上都有所不同。例如某水电厂发电机定子铁心普遍存在压指变形、压指下铁心叠片松动的现象，铁心分瓣组合缝处的叠片外缘侧出现波浪状变形；另一电厂发电机则发生定子铁心段内硅钢片膨胀变形，向转子侧位移割伤定子线圈绝缘，而且出现硅钢片断裂的情况。定子铁心位移或松动的后果是切割或磨损线棒绝缘，使其在运行或试验中被击穿，导致运行中电机的电磁噪声过大。

定子绝缘损坏是由于灯泡贯流式发电机组结构上的弱点造成的，定子线圈绝缘的损坏现象明显比普通水轮发电机偏高，特别是近几年投运的机组，定子绝缘事故比较频繁。

3 故障原因分析

3.1 定子铁心松动原因

3.1.1 运行温度过高

发电机在设计时，要考虑运行中的温度影响，应对铁心的热胀冷缩所产生的影响采取不同的防范措施。如果运行温度过高，定子铁心的变形超出了允许的范围，就会造成翘曲变形。

3.1.2 铁心压指刚度不足

定子铁心齿部的压紧主要是依靠端部压指来实现的。如果压指刚度不足，当温度上升时，铁心膨胀会将压指顶弯，并产生永久变形，造成齿部压力不足而松动。

3.1.3 铁心的叠压工艺不满足要求

为了防止定子铁心松动，生产厂家采取了各种不同的硅钢片叠压技术或工艺。例如，在定子铁心端部冲片的片间刷胶，并采用热压技术，使端部一段或数段铁心黏结成一体，提高抗变能力。

3.1.4 片间绝缘收缩造成松动

片间绝缘在长期运行后，由于其中的化学成分挥发而收缩，如果不及时调整（拉紧）螺杆的扭矩，就会造成叠片松动。但大多数贯流式发电机由于定子线圈端部的阻挡，无法检查和调整螺杆的扭矩。

3.2 转子扫膛及中心体产生裂纹的原因

转子扫膛产生裂纹的主要原因是定子铁心定位筋开焊，甚至脱落。除了焊接质量不良外，转子偏心所产生的单边磁拉力过大也是导致定位筋开裂的诱因。中心体产生裂纹主要是由结构设计不合理、局部应力过高导致的。

3.3 定子绝缘损坏的原因

定子绝缘损坏的原因主要有：①制造质量不良；②异物或零件脱落碰伤线圈；③定子铁心松动；④定子线棒松动；⑤接头过热烧坏绝缘。

3.4 运行温度过高的原因

除了与结构设计有关以外，运行中轴承甩油导致炭粉或灰尘进入定子膛内，黏结后堵塞在通风道，也是造成运行温度偏高的原因。

4 处理措施

灯泡贯流式水轮发电机的故障原因有很多，有设计、制造的问题，也有安装和检修时存在的质量问题，还有运行和维护不到位的问题。以下提出几点防范措施，仅供参考。

4.1 总体要求

在总体上，要求做到以下几点：①制造厂家针对已暴露的问题，调整设计方案，改进生产工艺，提高产品质量；②运行监视要工作落实到位，对机组的振动、摆度、温度、声音和电气数据等应严格监视和记录，及时发现机组的异常情况；③定期检查将工作落实到位，转子磁轭、磁极、定子铁心、线棒的固定构件是检查的重点，通过检查发现这些部件隐患的早期征兆，及时进行处理，防止形成重大设备事故；④完成应做的试验项目，严格依据标准控制检修质量。

4.2 防止转子扫膛和中心体开裂

为了防止转子扫膛和中心体开裂，需注意以下几点：①安装或检修时，必须保证转子的偏心度符合厂家要求，防止出现过大的单边磁拉力；②定期检查磁轭键和磁极键，不应出现位移和松动；③定期检查定子铁心燕尾筋、托块的固定情况，防止焊缝出现裂纹或脱焊；④检查中心体时，如果发现裂纹应及时补焊，局部应力过高时，应考虑增加强度；⑤运行中，应加强对机组振动、摆度的监视，不得超过允许值。

4.3 防止铁心松动

防止铁心松动必须做到以下几点：①定期检查定子铁心端部叠片是否位移，铁心表面是否存在黄色的铁锈粉，齿部是否有松动、变形、变色、断裂的迹象；②检查齿压板的压指是否存在变形或松动，压指和铁心端片之间是否存在空隙；③运行中，注意监视机组的振动和噪声情况，一旦出现异常情况必须查明原因；④一旦出现铁心松动的问题，必须及时进行处理，防止松动的问题严重化。

4.4 防止定子、转子绝缘击穿

防止定子、转子绝缘击穿，应从以下几方面着手：①认真检查和清除定子、转子中的遗留物，例如工具、钻头、锯片、电焊条和焊渣等，防止这些物件破坏定子或转子绝缘；②定期清扫转子滑环碳粉，清洗定子的油污和油泥，防止通风沟堵塞；③机组停机备用时，应采取措施（比如加热、通风等），防止发电机主绝缘受潮；④确保机组的防护网完好，能有效防止异物进入发电机膛内；⑤及时处理定子铁心松动和线棒松动的问题。

5 结束语

综上所述，灯泡贯流式水轮机组存在的问题越来越突出，对水电厂整体运行质量的影响也越来越大。因此，水利工作者应该重视灯泡贯流式水轮机组故障的处理工作，并结合水电厂的实际情况，深入分析水轮机组故障产生的原因，同时制订出一系列切实有效的处理措施，尽可能避免水利机组故障的产生，从而确保机组的安全可靠运行。

参考文献

[1]李卫章.灯泡贯流卧式机组水轮机转轮特殊故障处理[J].中国机械，2013（07）.

〔编辑：李珏〕