胡維超

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

大型發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的核心，是十分重要和昂貴的設(shè)備，其運(yùn)行可靠性對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行、用戶的不間斷供電、保證電能質(zhì)量以至整個(gè)社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展都起著極其重要的作用。本文分析了大型發(fā)電機(jī)繞組所涉及的各類電氣故障與不正常運(yùn)行工況及其危害和一些相應(yīng)分析解決方法。在發(fā)電機(jī)內(nèi)部分析定子發(fā)生在繞組之間和繞組對(duì)地之間的故障工況。定子是發(fā)電機(jī)最重要的部件。發(fā)電機(jī)定子故障是多發(fā)性故障，造成的損失也比較嚴(yán)重。因此，我們有必要對(duì)定子繞組短路故障進(jìn)行研究。

1 定子繞組故障的特點(diǎn)及原因分析

1.1 發(fā)電機(jī)繞組的故障類型

發(fā)電機(jī)繞組故障主要有:定子繞組相間短路;定子繞組一相匝間短路;定子繞組單相接地。

1.2 定子繞組故障的特點(diǎn)

(1)短路點(diǎn)發(fā)生在繞組電位較高的地方;

(2)短路點(diǎn)在絕緣相對(duì)薄弱的部位;

(3)發(fā)生短路的機(jī)組存在油污嚴(yán)重、濕度偏高的運(yùn)行工況;

(4)短路點(diǎn)在容易被油污污染的一側(cè);

(5)短路故障與制造質(zhì)量不穩(wěn)定有關(guān);

(6)短路故障與運(yùn)行條件有關(guān)。

1.3 定子繞組故障分析

定子繞組發(fā)生故障通常都是定子繞組絕緣損壞引起的。定子繞組絕緣損壞通常是絕緣體的自然老化和絕緣擊穿。水輪發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路故障主要包括:相間短路和單相接地。

定子繞組內(nèi)部故障是電機(jī)中常見(jiàn)的破壞性很強(qiáng)的故障，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生相間短路時(shí)，發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)4～5倍于額定電流的大電流，急劇增大的短路電流和產(chǎn)生的巨大的電磁力及電磁轉(zhuǎn)矩，對(duì)定子繞組、轉(zhuǎn)軸、機(jī)座都將產(chǎn)生極大的沖擊而損傷，巨大的沖擊力將直接損壞發(fā)電機(jī)定子端部線棒，使其嚴(yán)重變形、斷裂，造成絕緣損壞，從而產(chǎn)生過(guò)熱甚至燒毀繞組和鐵心。

1.3.1 定子相間短路

定子相間短路故障的主要原因是端部絕緣薄弱的部位不能長(zhǎng)期承受油污與水分的侵蝕。因?yàn)楣收喜课坏囊€與過(guò)橋引線都是手包絕緣，其接頭絕緣在下線后同樣要手工包扎，這樣絕緣的整體性與槽部對(duì)地絕緣相比，有很大的差距。這說(shuō)明制造工藝不穩(wěn)定也比較容易使該部分絕緣質(zhì)量下降。在運(yùn)行中當(dāng)油污與濕度嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)，繞組整體性較差的絕緣被侵蝕，絕緣水平逐漸下降，使絕緣外部的電位接近或等于導(dǎo)線電位，造成電位外移，這時(shí)處于高電位的不同相引線間就開(kāi)始放電，當(dāng)濕度偏高時(shí)，放電的強(qiáng)度會(huì)不斷增強(qiáng)，直至發(fā)生相間短路造成嚴(yán)重的故障。

以上是定子繞組內(nèi)部原因引起的定子繞組相間短路故障，引起定子繞組相間短路故障還有一些外部原因。故障部位留存有異物，絕緣體表面落上磁性物質(zhì)，當(dāng)異物留存在定子絕緣體表面尤其在中、高阻區(qū)部位時(shí)，繞組受到電磁力作用而產(chǎn)生振動(dòng)，磨損絕緣，造成發(fā)電機(jī)定子繞組短路故障也很常見(jiàn)。另外，轉(zhuǎn)子零部件在運(yùn)行中端部固定零件脫落、端部接頭開(kāi)焊等也都可能引起絕緣損壞，從而進(jìn)一步造成定子繞組相間短路故障。

1.3.2 定子繞組單相接地

定子繞組的單相接地也是發(fā)電機(jī)最常見(jiàn)的一種故障，通常指定子繞組與鐵心間的絕緣破壞。

引起定子繞組接地故障的原因很多，但主要是由于在發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)中因下線安裝不嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)規(guī)范要求造成的線棒絕緣局部缺陷;定子鐵心疊裝松動(dòng)、定子繞組線棒在端部或槽內(nèi)固定不緊、整體性差，在機(jī)組運(yùn)行中因電暈、發(fā)熱電磁力作用下墊塊、綁繩、槽楔及楔下墊條局部發(fā)生位移，使槽內(nèi)繞組線棒絕緣體發(fā)生相對(duì)位移、摩擦而造成局部絕緣損壞，導(dǎo)致定子接地故障。

2 預(yù)防措施及處理辦法

2.1 提高定子繞組端部絕緣水平

2.1.1 引線手包絕緣的絕緣材料應(yīng)有較高的介電強(qiáng)度和防油、水侵蝕的性能。

2.1.2 引線手包絕緣要有合適的層數(shù)和過(guò)渡，每層半疊繞包扎完后須刷絕緣漆，保證絕緣的連續(xù)性，包扎后要嚴(yán)格按工藝烘焙。

2.1.3 引線之間應(yīng)有足夠的放電距離。

2.1.4 絕緣盒必須填充嚴(yán)密、密封良好。

2.1.5 滌玻繩要用漆侵透，并防止滑入接口，施工中防止污染滌玻繩，使滌玻繩保持較高的表面和體積電阻，防止爬電。

2.1.6 引線手包絕緣處要消除金屬尖角，防止尖端放電。

2.2 定期對(duì)機(jī)組進(jìn)行維護(hù)和檢修

在機(jī)組進(jìn)行檢修過(guò)程中，應(yīng)對(duì)定子線圈進(jìn)行直流耐壓及交流耐壓試驗(yàn)，電壓等級(jí)應(yīng)執(zhí)行制造廠或國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這兩項(xiàng)試驗(yàn)各具特點(diǎn)不能相互取代。直流耐壓試驗(yàn)容易發(fā)現(xiàn)定子線圈端部缺陷，交流耐壓試驗(yàn)可檢測(cè)槽部絕緣缺陷，原因是在交流耐壓試驗(yàn)下由于線圈通過(guò)對(duì)地雜散電容電流造成了電壓沿線棒分布不均勻，致使端部對(duì)地電壓最低，因而使端部絕緣承受的電壓減少。直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，沒(méi)有電容電流從定子線棒流過(guò)，當(dāng)距離鐵心較遠(yuǎn)(如線圈接頭處)時(shí)，由于端部線圈表面絕緣電阻的作用，使施加在槽部絕緣上的電壓大大降低，影響了直流耐壓試驗(yàn)的靈敏度。

2.3 定子繞組相間短路的檢查方法

2.3.1 外部觀察法。觀察接線盒、繞組端部有無(wú)燒焦，繞組過(guò)熱后留下深褐色，并有臭味。

2.3.2 探溫檢查法?？蛰d運(yùn)行20min(發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)馬上停止)，用手背摸繞組各部分是否超過(guò)正常溫度。

2.3.3 電位外移法。電位外移法能發(fā)現(xiàn)定子端部絕緣缺陷、絕緣填充不實(shí)等原因造成的檢修試驗(yàn)中難以發(fā)現(xiàn)的缺陷及隱患。其原理是:當(dāng)直流電壓施加在線棒上時(shí)，對(duì)地電壓按電阻分配。絕緣無(wú)缺陷時(shí)，線棒絕緣的體積電阻RV遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其表面電阻RS，電壓主要降在體積電阻RV上，被測(cè)處絕緣表面的對(duì)地電壓很低;當(dāng)絕緣存在缺陷時(shí)，體積電阻RV減小，絕緣電壓降也小，致使被測(cè)處絕緣表面的對(duì)地電位增高，這種絕緣表面對(duì)地電位明顯增大被稱為電位發(fā)生了外移。

試驗(yàn)方法和注意事項(xiàng):

(1)定子線圈上、下端部編號(hào)并記上標(biāo)記。

(2)把線圈端部模壓絕緣處表面清理干凈。

(3)為了鑒定定子線圈表面臟污程度，也可先測(cè)量檢測(cè)部位的絕緣電阻，可使用搖表測(cè)量各點(diǎn)鋁箔紙對(duì)定子線圈的絕緣電阻及鋁箔紙對(duì)鐵心的絕緣電阻，前者要求定子線圈接地，后者要求定子線圈不接地。

(4)電位外移測(cè)量方法是，在定子繞組端部各測(cè)量點(diǎn)絕緣處包鋁箔紙，在定子繞組三相一起施加相當(dāng)于額定電壓值的直流電壓(儀器容量不足也可分相施加)，用一根內(nèi)裝100MΩ電阻(也可選用專業(yè)的電位外移測(cè)量?jī)x器)的絕緣棒搭接到鋁箔紙上，讀取靜電電壓表和微安表的讀數(shù)，當(dāng)電壓或電流超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)即可認(rèn)為該處絕緣有缺陷。

(5)電位外移測(cè)量法判斷定子繞組端部絕緣缺陷的標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)國(guó)家頒布的DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的規(guī)定，定子繞組端部接頭和過(guò)度引線并聯(lián)塊泄漏電流不大于30μA，100MΩ電阻上的電壓降不大于3kV。

(6)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，對(duì)超標(biāo)各點(diǎn)應(yīng)及時(shí)做出處理，事先清理各處理點(diǎn)，用環(huán)氧粉云母膠泥封堵處理點(diǎn)，再包扎環(huán)氧粉云母帶或玻璃絲帶，邊包扎邊刷膠，固化烘焙處理后，重復(fù)上述試驗(yàn)直至合格。

(7)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)采取必要的安全措施，試驗(yàn)人員應(yīng)戴上絕緣手套，穿絕緣靴站在絕緣墊上，測(cè)量桿必須經(jīng)過(guò)耐壓試驗(yàn)，符合試驗(yàn)電壓并具有一定的安全長(zhǎng)度。試驗(yàn)人員與被試驗(yàn)品應(yīng)保持足夠的安全距離并派專人監(jiān)護(hù)。

2.3.4 萬(wàn)用表或兆歐表法。測(cè)任意兩相繞組相間的絕緣電阻，若讀數(shù)極小或?yàn)榱?，說(shuō)明該二相繞組相間有短路。

2.3.5 電壓降法。把三繞組串聯(lián)后通入低壓安全交流電，測(cè)得讀數(shù)小的一組有短路故障。

2.4 定子單相接地的檢查方法

故障機(jī)組可根據(jù)條件采取不同的檢查方法排除缺陷和隱患。

2.4.1 觀察法。目測(cè)觀察繞組端部及線槽內(nèi)絕緣物有無(wú)損傷和焦黑的痕跡，有就是接地點(diǎn)。

2.4.2 萬(wàn)用表檢查法。用萬(wàn)用表低阻檔檢查，讀數(shù)很小，則為接地。

2.4.3 兆歐表法。先對(duì)定子繞組采取烘干處理，根據(jù)不同的等級(jí)選用不同的兆歐表，分U/V/W三相測(cè)量每相定子繞組的絕緣電阻，若單相繞組的絕緣電阻存在與其他相讀數(shù)差異或讀數(shù)為零，則表示該相繞組接地。但對(duì)電機(jī)絕緣受潮或因事故而擊穿，需依據(jù)經(jīng)驗(yàn)判定，一般說(shuō)來(lái)指針在“0”處搖擺不定時(shí)，可認(rèn)為其具有一定的電阻值。

2.4.4 試燈法。如果試燈亮，說(shuō)明繞組接地，若發(fā)現(xiàn)某處伴有火花或冒煙，則該處為繞組接地故障點(diǎn)。若燈微亮則絕緣有接地?fù)舸Ｈ魺舨涣?，但測(cè)試棒接地時(shí)也出現(xiàn)火花，說(shuō)明繞組尚未擊穿，只是嚴(yán)重受潮。也可用硬木在外殼的止口邊緣輕敲，敲到某一處燈一滅一亮?xí)r，說(shuō)明電流時(shí)通時(shí)斷，則該處就是接地點(diǎn)(僅適用于額定電壓不大于10.5kV 機(jī)組)。

2.4.5 電流穿燒法。用一臺(tái)調(diào)壓變壓器，接上電源后，接地點(diǎn)很快發(fā)熱，絕緣物冒煙處即為接地點(diǎn)，接地點(diǎn)剛冒煙時(shí)應(yīng)立即斷電。

2.4.6 分組淘汰法。對(duì)于接地點(diǎn)在鐵心里面且燒灼比較厲害，燒損的銅線與鐵心熔在一起。采用的方法是把接地的一相繞組分成兩半，依此類推，最后找出接地點(diǎn)。

2.5 定子繞組接地的處理方法

2.5.1 繞組受潮引起接地的應(yīng)先進(jìn)行烘干，現(xiàn)場(chǎng)具備條件的，可當(dāng)冷卻到60℃ ～70℃左右時(shí)，噴涂絕緣漆后再烘干。

2.5.2 繞組端部絕緣損壞時(shí)，在接地處重新進(jìn)行絕緣處理，涂漆，再烘干。

2.5.3 繞組接地點(diǎn)在槽內(nèi)時(shí)，應(yīng)重繞繞組或更換部分繞組元件。

2.5.4 最后應(yīng)用不同的兆歐表進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)滿足技術(shù)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

在發(fā)電機(jī)的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，繞組的結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比本體脆弱，通常發(fā)電機(jī)的機(jī)械損傷先破壞到的也是繞組，再引發(fā)電氣故障。電氣故障先燒損的都是繞組，總之絕大多數(shù)故障是先源于繞組。發(fā)電機(jī)的各種異常運(yùn)行和短路對(duì)繞組也很容易產(chǎn)生破壞影響。因此對(duì)繞組電氣故障的有效分析和預(yù)防對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及供電有很大意義。