汽轮发电机的主要故障诊断与预防措施

汽轮发电机的主要故障诊断与预防措施

作者：孙立基

来源：《建筑工程技术与设计》2014年第08期

【摘要】汽轮发电机组作为发电的重要设备，在运行过程中一旦发生故障停机，整个二次能源利用系统将要停止运转，同时降低了企业的经济效益。引起汽轮发电机组故障停机的因素诸多，本文对其中常见原因进行分析，并提出相应改进对策。 【关键词】汽轮发电机；安装；故障诊断；故障预防

汽轮发电机是火力发电系统的核心， 随着单机容量不断增大，其可靠运行显得尤为重要和突出。本文针对汽轮发电机运行中四种主要故障类型：定子绕组故障、定子铁芯故障、转子绕组故障、负序电流烧损转子进行了分析讨论，并结合相关知识和现场安装经验提出了切实有效的预防措施，为提高汽轮发电机运行可靠性，降低故障发生率，减少运行维护成本提供了保障。

1、汽轮发电机运行故障诊断

因故障发生部位较多，且引发原因复杂，汽轮发电机故障种类较多，各类故障的多发性及严重性亦有所区别。因此，本文针对汽轮发电机运行中几种主要故障进行分析。 1.1定子绕组故障

目前，我国大型汽轮发电机多采用“水-氢-氢”冷却方式，即定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷及定子铁芯氢冷。由于设计与制造工艺落后，工序控制、生产流程及检验维修等质量管理不严，发电机在运行中承受机械应力与热应力等原因， 易引发定子绕组接地和短路故障。定子绕组故障多发生在绕组端部，大致可分为：（1）定子线棒及引线的铜导体疲劳断裂；（2）焊接工艺不良导致的接头损坏；（3）定子冷却水回路堵塞；（4）端部紧固件的磨损；（5）定子绕组漏水；（6）遗留在定子绕组上的金属异物；（7）定子绕组的绝缘故障。 1.2定子铁芯故障

受制造与装配工艺影响， 如硅钢片厚度及表层绝缘漆厚度偏差、冲剪及去边缘毛刺工艺、铁芯压装过程中压力大小及冷热压次数、两端压指的高度偏差等， 以及电机铁芯长期处于交变电磁力作用下，致使定子铁芯叠片出现局部或整体松弛故障， 有效铁芯片间绝缘破坏，产生片间短路和局部过热，甚至引起定子绕组连锁故障，直接影响发电机安全运行。 1.3转子绕组故障

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转子绕组故障大致包括对地绝缘故障、匝间短路故障、热变形及集电环-电刷装置烧损等。转子绕组接地故障及匝间短路通常由以下几个原因引起：转子绕组过热，造成绝缘破坏；冷却器漏水，导电粉尘、金属异物、焊渣等进入转子绕组；制造工艺粗糙形成局部缺陷；运行中因受热应力和机械应力致使绝缘损坏；水内冷转子绕组堵塞，造成局部过热，使匝间绝缘烧损。汽轮发电机绕组因运行中承受热膨胀和机械作用等产生塑性变形，即残余变形或热变形。随着残余变形的不断积累，将造成转子绕组槽部及端部绝缘损坏，引起匝间短路或接地故障，严重时造成绕组断裂。对于有刷汽轮发电机，集电环与电刷的可靠接触是保证发电机正常运行的关键问题。两者接触不良将产生火花，严重时形成环火，烧毁刷握、刷架，损伤集电环绝缘，导致接地故障。 1.4负序电流烧损转子

通常情况下，汽轮发电机运行于三相负荷对称状态。但在电力系统或发电机发生不对称故障时， 则在三相负荷不对称情况下短暂运行。如电力系统中发生单相接地、两相短路故障及在单相重合闸动作过程中；或发电机出口开关在正常及故障状态下未能将三相负荷同时切入或断开的操作过程。发电机不对称运行时，定子绕组中除正序电流和电压外，还有负序、零序电流和电压。负序电流产生的反向旋转磁场，将在励磁绕组、阻尼绕组和转子铁芯内感生二倍频的电流，引起杂散铜耗和铁耗，致使发电机运行效率降低、转子过热，严重时烧毁转子。负序电流还可能引起转矩脉动和定子振动。虽然不对称运行时间短暂，但在继电保护不正确动作或故障处理不当的情况下，可能引起发电机转子烧损，甚至造成安全事故。 2、汽轮发电机运行故障预防

为保证汽轮发电机并网后可靠运行：一方面，需要在设计和制造阶段严格把关，严格控制电机产品质量；另一方面，需要在发电机并网运行后实时在线监测和诊断，提前做好预防措施，及时制定可靠的故障处理决策与方案，从而降低事故发生率，将事故损失降到最低。针对上述四种汽轮发电机运行故障，提出以下预防措施。 2.1定子绕组故障预防措施

（1）改善定子绕组线棒胶化与成型工艺，加强端部渐开线及鼻部的切向和径向固定；（2）线棒接头焊接完并检验合格后，应对导线整形处理，并使接头光滑过渡；（3）采用热水流试验或超声波流量计检测定子水路有无堵塞现象，严格控制内冷水质符合运行要求，并确保水冷系统检温计指示准确；（4）定期检修过程中，检查定子端部线圈及紧固件的紧固和磨损情况，有无松动及绝缘磨损痕迹，从而针对性地采取紧固措施或部件更换；（5）改进接头结构，确保焊接质量，确保定子绕组端部和鼻部稳固牢靠，加强对空心铜线质量的检验，改善定子绕组绝缘引水管布局；（6）严格检查定子绕组端部线圈夹缝、上下层渐开线线棒间隙等部位，防止安装和检修时在定子内部遗留锯条、螺钉、螺母等金属异物；（7）利用测量局部放电量监测和诊断定子绕组绝缘性能。

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2.2定子铁芯故障预防措施

防止定子铁芯故障在检修时，且对定子铁芯检查中发现疑点时，应进行铁芯发热试验。对检查、试验发现的铁芯短路点应及时消除。另外，对发电机定转子的结构部件应重点检查有无松动和裂纹等缺陷。端部各紧固件必须使用绝缘材料或无磁性材料制成的，紧固后应做好锁紧措施。在回装转子时，应认真检查，防止杂物遗留在定子膛内，在机组运行中，当发生定子一点接地时，必须按规定及时停机处理。 2.3 转子绕组故障预防措施

改善转子绕组通风结构，检查导体通风孔错位或堵塞问题；严格去除转子绕组铜线上的毛刺及金属颗粒、杂物等；改善绕组端部匝间绝缘工艺；改善运行中转子回路灭磁效果，防止出现危及转子绕组绝缘设备的过电压；大修时检查绕组绝缘老化问题；加强运行维护，免转子绕组过热或在剧烈振动状态下长期连续运行；利用微分探测线圈法在线监测转子绕组是否存在匝间短路及严重程度；保证集电环与电刷滑动接触平稳，保证环表面光洁度并建立氧化碳素薄膜层；保持并联运行的电刷上电流分布均匀；及时消除电刷与集电环滑动接触中的“气垫现象”；定期清除转子滑环周围碳粉，更换滑环正负极性；配备专用测试设备在线监测电刷火花并防止油污侵入集电环小室。

2.4负序电流烧损转子预防措施

配备负序保护装置，实时监测稳态负序电流，并加装报警设备；严格控制断路器制造质量，运行操作时认真检查断路器三相是否全部闭合或全部断开，并在发电机出后加装断路器失灵保护装置；当出现断路器三相不能同时断开或闭合时， 应立即减小汽轮机输出功率和发电机励磁电流，使负序电流降到最小；定期检查灭磁开关卡涩问题，改进或更换高质量器件，对于无刷汽轮发电机，提出切实有效的灭磁措施。 3、总结

总之，为了保证汽轮发电机组的安全稳定运行，在运行过程中，加强对发电机密封瓦及氢、油、水的系统管理，根除油污污染，控制制氢装置及发电机中氢气湿度、控制机内冷却介质温度如定子绕组内冷水水温、冷氢的温度以及氢气冷却器的冷却水温等。在检修过程中严格控制工程质量关，这是保证发电机组稳定运行的重要预防措施。 参考文献

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[2] 杨溢，张国强. 汽轮发电机振动故障专家系统诊断方法研究[J]. 冶金动力. 2011（06）