大型发电机定子铁芯故障处理及原因分析

大型发电机定子铁芯故障处理及原因分析

赵海涛

河北西柏坡发电有限责任公司 河北石家庄 050021

摘 要：介绍了发电机铁芯松动故障原因及处理方法，以及定子铁芯试验需要注意的几个方面，对电厂相似缺陷处理有重要的借鉴意义。

关键词：铁芯过热；交变电磁力；功率损耗；热应力

0 引言

近年来，多家电厂发电机组不断发生发电机运行中因定子铁芯松动使振动增大等现象。发电机铁芯故障、振动的产生比较复杂，它涉及到发电机设计、制造、运行以及电磁力、机械力、热力等多种因素。它的产生给发电机的安全运行带来隐患，有的甚至造成了机组被迫停运，本文结合实例对此问题进行探讨。

1故障情况分析

2000年7月22日,某电厂#3发电机运行中发变组保护突然发出“定子接地”故障信号，为了确认保护动作的正确性,立即对发电机机端PT的开口三角电压进行了测试,其结果是: 3U0=62.3V,并且测试发电机中性点三次谐波电压3Uw=58.6V,中性点电流为1.23A，同时又测试了发电机出口测量用PT和保护用PT的三相电压: UA613=25.8V,UB613=78.5V，UC613=85.4及UA623=25.8V，UB623=78.5V，UC623=85.4V。

从以上数据分析, A相电压明显低于B. C两相，且有较高的零序电压、三次谐波电压和中性点接地电流，可以断定发电机定子回路三经发生接地故障，停机后，为进一步确定故障是否生在发电机内部，将发电机出口引线断开，分别测量发电机定子绕组和封闭母线绝缘电阻，结果封闭母线绝缘良好，但发电机绕组用万用表测量对汇水管绝缘时只有0.8KΩ，断开发电机中性点后，再分别测量发电机三相绕组的绝缘电阻，结果见下表，可确定发电机A相绕组已发生接地故障。

中性点拆开后发电机三相绕组绝缘电阻值

将发电机解体后，为了确定接地点，对A相绕组施加交流电压，发现定子汽侧A相#7槽上层线棒槽口处有放电声,检查发现#7槽上层线棒绝缘侧面在第1段铁芯第一阶梯处被断裂的硅钢片沿径向方向锯出一道宽6mm深沟，线棒5mm后的主绝缘已全被锯透站铜(接地点就在此处)，且下层线棒绝缘也被锯出约3mm深的沟槽，同时发现汽侧定子第1段铁芯有近一半边端铁芯齿部都有不同程度的松动,且发现4块掉下的硅钢片,进一步检查后又发现以下情况：

1、汽侧定子第1段铁芯第一阶梯处各齿均有不同程度的断齿、松动或烧损现象。

2、对应断齿槽的压指都有松动现象。

3、#2齿(齿号=槽号+1)靠压指侧的硅钢片表面有烧熔现象。

4、汽侧定子线棒绝缘损坏情况: #6槽上层线棒绝缘也在第一段铁芯一阶梯处被断裂的硅钢片沿径向方向锯出一道深约4mm沟槽: 52槽上层线棒绝缘也在上述位置锯出一道约2mm深沟:#31槽上层线棒在槽口处有磨损,深约1mm;#32、#11槽上层线棒在槽口处有轻微磨损。

5、励侧W2-6 (11点钟位置)引线夹板紧固螺栓运行中松动,螺母及放松锁片全部振掉。

6、励侧V2-U1 (9点钟位置)引线夹板螺栓松动。

7、转子励侧第4进风区第1排进风斗边沿有轻微磨损。

2原因分析

从发电机损坏情况看,此次定子绕组接地主要是由于定子边端铁芯叠片松动,割伤线棒绝缘引起。

发电机运行中由于定子铁芯承受着2倍工作频率的交变磁应力和由温度变化而引起的热应力作用,将使叠片间绝缘漆膜干缩而产生缝隙。同时如果叠片的绝缘漆膜厚度不均,或因工艺质量问题造成漆膜附着不牢,加之定子铁芯本身的电磁振动,将使定子铁芯叠片上的绝缘漆膜逐渐磨损,使铁芯进一步松动,结果更加剧了铁芯振动,久而久之,振动会越加严重,特别是发电机定子端部铁芯压指的宽度较铁芯齿部宽度窄得多,这样当压圈压指的紧力越大,紧靠压指两侧的边端铁芯叠片越向外张开,使得边端铁芯更加松弛.

同时边端铁芯齿中间位置上开有为阻止涡流通过的2mm宽的深槽,使得压指与边端铁芯间的接触面仅限于中间很小一部分,压指两侧本来较松的边端铁芯更加松弛,因而振动也更加剧烈,致使硅钢片在运行中由于长期的剧烈振动而疲劳折断。折断部位多是铁芯边端齿压指处的硅钢片齿部,折断长度一般不超过铁芯铁芯至齿顶的长度。硅钢片齿被折断后,碎片在交变电磁力和风压的作用下,可能会飞起打坏线棒绝缘或被夹在铁芯齿部与线棒之间上下振动,将定子线棒绝缘锯出一道窄槽,最终将线圈绝缘磨透而接地。

另外,由于端部铁芯硅钢片的剧烈振动而导致铁芯叠片间绝缘损坏,将使端部铁芯的涡流损耗进一步增加,使得齿部温度更高,当达到一定程度时,铁芯片间绝缘将全部损坏,最后造成片间烧熔而短路,此时温度将达到数百摄氏度以上,甚至烧坏相邻线棒的绝缘,后果将更加严重。

3定子铁芯试验应注意事项

QFSN-300-2型汽轮发电机定子铁芯由高导磁、低比耗的冷扎无取向0.5mm厚硅钢片冲制的扇形片叠压而成。多年来，发电机定子铁芯试验一直采用交流励磁损耗法，这种方法沿用多年，证明对检出铁芯內圆表面故障直接且有效，由于同时测量了单位质量铁芯损耗，对发现铁心内部故障也有一定效果。这种方法的缺点和不足之处，一是需要大容量电源，给现场试验带来不变，二是对检出铁芯内部故障效果较差，且不能定位。

自2000年，华北电科院曾用ELCID对数十台发电机进行过定子铁芯片间短路故障测试，取得很好实效和经验，此外还要注意铁芯端部漏磁、铁芯叠片松动、铁芯通风槽及油污对试验结果的影响。实验时进入定子铁芯内膛时应穿绝缘靴及带绝缘手套，应尽量使用半导体点温计而不用手直接触摸铁芯各部位。同时禁止使用水银温度计测温，实验时如发现存在严重过热超温，甚至烧红冒烟部位时，应停止试验。

4总结

经过对此次铁芯故障的分析、处理,提出如下建议:

1. 为防止定子边端铁芯松动,应将定子两端第1段铁芯叠片间采用硅钢片粘结胶进行粘结,经烘陪固化形成一个牢固的整体,从而防止定子边端铁芯齿部在交变电磁场作用下产生振动。

2. 为防止定子边端铁芯松动,也可以将铁芯两端压指制成与铁芯齿部相同的宽度,使整个边端铁芯的外端面所受压力相同,使边端铁芯叠片压的更实更紧,以防松动。

3. 300MW发电机做铁损试验时,必须保证磁通密度在1.4T左右,时间45min,根据试验情况看,如果磁通密度低于1.2T,即使将时间延长到80 min,铁芯温升也低得多,不能反映实际情况。但由于试验线圈只使用变压器的两相电源,为较大的不平衡负荷,试验时必然在合闸瞬间产生较大的励磁涌流和负序电流,所以应考虑变压器的过流保护定值以及对发电机组的影响等问题。

近年来,发电机组出现过多起类似的故障,本文仅对300MW机组定子铁芯松动这一问题进行了论述,分析了问题的原因,提出了相应的处理方法。

参考文献:

1. 史家燕，李伟清，万达.电力设备试验方法及诊断技术[M].中国电力出版社，2013.10

2. 单文培，王兵，齐玲.电气设备试验及故障处理实例[M].中国水利水电出版社，2012.6

3. 李伟清. 汽轮发电机故障检查分析及预防 第二版[M].中国电力出版社，2010. 10

4. 巩 宇 . 论大型发电机定子铁心常见故障及处理措施[J].电力设备, 2016, (2)