发电机运行中主要故障检查及分析

发电机运行中主要故障检查及分析

陈小刚

关键词：发电机，运行故障，检查

汽轮机故障诊断的研究对于提高汽轮机运行的安全性、经济性及可靠性具有重要意义。汽轮发电机组的故障比较复杂，很难用单一的分解策略，建立精确的分解层次。在实际应用中先按照模式特征分解成机组轴系机械故障、发电机电气故障、汽轴机热力故障及其它部件故障四个子集。

1.发电机转子接地故障

发电机转子绕组出现一点接地，一般认为并不影响发电机的正常运行。如果在绕组内部或励磁回路发生另一点接地，构成两点接地时，转子绕组、转子铁心或护环可能被短路的直流电流烧损，同时因部分短路匝而形成的磁路不对称，会造成机组振动增大，甚至会造成转子本体磁化。

转子绕组发生接地的可能原因有以下几个：

a.制造和检修工艺不良。如导线焊接质量不良、槽衬受损、转子绕组至滑环的引线及导电螺钉绝缘受损、遗留焊渣、导电粉尘等异物。

b.运行维护不当。如氢气湿度大、氢中含油，集电环与轴之间的绝缘筒、集电环与引线连接处积存碳粉、污垢等。

c.设计结构缺陷。如老式结构转子主绝缘外敷保护钢甲，运行中在发热膨胀和机械作用下，主绝缘受损，导致接地故障。

d.选材质不好。制造厂选用的导线、绝缘材料质量不好，存在先天缺陷。

e.运输保管不当。转子在运输保管过程中绝缘受潮、赃污或通风孔进入异物。

2.发电机在检修过程中出现的机械电气故障

由于各电厂加强了检修和运行的技术监督工作，并进行了一些行之有效的新项目试验，如端部线圈“电位外移”测量，检查定子端部固定情况的“振动摸态试验”等，先后发现重要缺陷12台次，主要有以下几种类型：

(1)检修中测量位移电位偏高，多次手包绝缘不良有5次，对这些缺陷都在检修中处理合格了。在300MW机检修中，定子线圈绝缘受潮严重，采用热水干燥法对其进行了处理。

(2)检修时在预防性试验直流耐压时定子线圈被击穿2台次，大部分槽楔松动，部分已脱落，同时发现端部固定支架与铁心压圈的接触面上有黑色油泥。经过端部线圈进行振动模态试验表明，汽侧发现有102Hz、105Hz的模态频率，说明其固有频率已十分接近发电机的倍频振动100Hz可以认为槽楔松动、端部固定支架与铁心压圈的接触面上的黑色油泥，均与端部线圈运行中发生较大的振动有关，绝缘支架的磨损产物与油污形成了油泥。由于这种振动作用，槽楔松动，引起线圈绝缘的磨损，导致线圈绝缘强度下降，从而在预防性试验直流耐压时击穿。

(3)发电机定子端部固定螺栓松动3台次，端部绑扎2台次。100MW的汽轮发电机以前就发生过，螺栓与螺母脱落后落在槽口的线圈之间，在电磁振动的作用下，使绝缘产生磨损，导致定子一点接地而被迫停机处理。另侧一引线与垫块绑扎松动，并且因运动中的振动作用而磨损绝缘出现许多黄粉。

3．汽轮发电机组的轴电压、转轴的磁化与退磁

3.1轴电压产生的原因及危害

轴电压是汽轮发电机运行中一个值得注意的问题。大型汽轮发电机，如对轴电压抑制或防护措施不当，将会产生电机大轴、轴瓦及汽轮机动静部分磁化及烧伤的严重后果。

轴电压主要是由于以下4种原因产生：

(l)汽轮机低压缸静电荷引起的轴电压；

(2)发电机制造或运行中因磁路不对称引起的轴电压断

(3)静止励磁系统脉动分量引起的轴电压；

(4)转子绕组匝间短路产生的单极电势。

上述1一4项所引起的轴电压正常条件下大都是几伏至几十伏，严重时高达几百伏的交流电压或直流(项l)电压。选配连接电阻或阻容参数，装于汽轮机或发电机轴端的接地电刷，以及在发电机(励磁机侧)轴承底座加装可靠的绝缘垫片等，可抑制或防止轴电压和轴电流所产生的危害。

由转子绕组匝间短路在转轴内形成的纵向磁通，不仅穿过轴颈、轴瓦，而且能穿过汽轮机的动静部分的叶片、隔板及汽缸壁，使这些部分磁化，并产生单极电势。正常情况下，微弱的磁化所产生的单极电势仅为毫伏级，但转子存在严重匝间短路或二点接地时，单极电势将达几伏至十几伏，而发电机轴承油膜被击穿或汽机动静部分因胀差过小而接触时，其产生的单极电流沿轴向流通，将达数百安培，不仅会烧损轴颈、轴瓦、汽轮机动静部分，影响汽机串轴保护正确动作，且会使这些部分磁化加剧，给机组检修工作带来困难。因而，对由于多种原因积累引起的大轴磁化及发电机事故后大轴的严重磁化，必须进行退磁。

3.2退磁方法及对退磁效果的评估

有直流退磁和交流退磁2种方法。对于发电机转子、汽机转子及汽缸壁等大尺寸部件，宜用直流退磁法；退磁的基本原理是将绕有退磁线圈的被退磁部件，周期性改变线圈中电流的方向，并逐渐减小电流的大小，使被退磁部件的磁场强度逐步减小，最终使其剩磁达到最小。为有效达到退磁的目的，退磁的安匝数应选为被退磁部件剩磁最大值的4～5倍，并注意第一次退磁安匝产生的磁通方向，应与剩磁方向相反，退磁电源可选用备用励磁机或直流电焊机。

根据对多台100～300MW大型汽轮发电机组退磁的经验，经过退磁的部件最后剩磁，轴颈及轴瓦不大于2×10-4T，其他部件不大于10×10-4T，即连大头针也吸不住时，即认为合格。

当前，我国正处在大电网大机组发展时期。针对大型发电机结构设计及运行特性等一系列新的特点，与其安全可靠运行密切相关的试验检查方法的内容及特点必须与之相适应。近十几年来，我国曾先后制订过汽轮发电机的一系列设计、制造、试验、安装、检修及运行标准和规程，有的根据IEC及国外行业标准增补了一系列新的内容，为提高产品质量和运行水平并与国际标准接轨提供了保证。

参考文献：

[l]李伟清.汽轮发电机故障检查分析及预防.北京：中国电力出版社，2002

[2]陈维荣.电力系统设备状态监测的概念及现状.电网技术，2000，24(11)

[3]郗常骥.汽轮发电机故障实例与分析[M].北京，中国电力出版社，2006