【摘 要】在水電站系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)處于核心地位，為了保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定作業(yè)，對(duì)發(fā)電機(jī)的保護(hù)就格外重要。妨礙電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)作的原因中，極為常見(jiàn)的就是定子繞組的腐蝕問(wèn)題，所以提前預(yù)測(cè)到定子中的故障問(wèn)題可以防止事故的嚴(yán)重性擴(kuò)大，對(duì)機(jī)組在運(yùn)作時(shí)候進(jìn)行監(jiān)測(cè)變得十分關(guān)鍵，本文對(duì)于其電腐蝕故障原因進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的解決方案。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)；定子繞組；電腐蝕

Abstract：In the hydropower station system，the generator is in the core position，in order to ensure the safety and stability of the system operation，the protection of the generator is particularly important.Hinder the cause of the stability of power system operation，the most common is the corrosion of the stator winding，so early to predict the seriousness of the problem of faults in the stator can prevent accident expanding，to conduct monitoring and become very critical unit in operation time，this paper to analysis the corrosion failure reason，puts forward the corresponding solutions.

Key words：Generator；Stator winding；Electric corrosion

根據(jù)電機(jī)故障類(lèi)型的分類(lèi)，電機(jī)故障可以被分為四種分別為：軸承故障，定子繞組相關(guān)的故障，轉(zhuǎn)子故障，偏心故障。這些故障類(lèi)型分別對(duì)應(yīng)了電機(jī)的主成分：定子、轉(zhuǎn)子、軸承、保持架。發(fā)電機(jī)中，定子的地位是非常關(guān)鍵的，因此深入的研究定子中的電腐蝕問(wèn)題的在線(xiàn)監(jiān)控對(duì)維護(hù)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)作有非常重要的意義。我們希望通過(guò)對(duì)其故障原因有著精準(zhǔn)快速的反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)圖形化展示，同時(shí)擁有將數(shù)據(jù)進(jìn)行打印的作用，可以更加方便的讓工作人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比，精確掌握電腐蝕數(shù)據(jù)，可以更好的保護(hù)電力系統(tǒng)的運(yùn)作，提早進(jìn)行檢查維修。

1 發(fā)電機(jī)定子繞組的維護(hù)重要性

在工業(yè)屆，往往是某個(gè)企業(yè)負(fù)責(zé)一個(gè)很小的零件，在一個(gè)企業(yè)內(nèi)更是把一個(gè)零件拆分成了若干的生產(chǎn)流程，每個(gè)流程對(duì)應(yīng)各自的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)設(shè)備。但如果某個(gè)細(xì)小流程的某臺(tái)設(shè)備因?yàn)椴恢虬l(fā)生停機(jī)，便會(huì)造成蝴蝶效應(yīng)般的影響，這也是社會(huì)分工的缺點(diǎn)。這時(shí)一般有幾種可以選擇的方案：第一，定期停機(jī)維護(hù)，但電氣化時(shí)代一個(gè)工廠的設(shè)備往往是多種多樣的，很難找到這樣的維護(hù)人員，同時(shí)這些現(xiàn)代化設(shè)備要么都是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制精度為了滿(mǎn)足控制精度也異常復(fù)雜，此類(lèi)設(shè)備的人為保護(hù)和維修的檢查項(xiàng)目相當(dāng)多，也導(dǎo)致了很大的工作量，在對(duì)設(shè)備工作狀況要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，特別是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)一些輕微故障或者偏移時(shí)，憑借人的經(jīng)驗(yàn)和感官往往難以達(dá)到要求；第二，不進(jìn)行維護(hù)，或者只進(jìn)行一些細(xì)小的維護(hù)，設(shè)備有問(wèn)題后再維修或者購(gòu)買(mǎi)新設(shè)備；第三，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)律，多準(zhǔn)備一些機(jī)器，這樣某臺(tái)壞了便換一臺(tái)。雖然方案三看似合理，但因?yàn)楝F(xiàn)代設(shè)備價(jià)格昂貴，這些都不是理想的解決方案。很多時(shí)候某些工廠會(huì)根據(jù)自己的需要購(gòu)買(mǎi)一些高端的設(shè)備去適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)他們的要求，工廠的技工在面對(duì)大型而又復(fù)雜的精密設(shè)備時(shí)經(jīng)常是一頭霧水，他們不敢隨意拆開(kāi)這些設(shè)備進(jìn)行檢查。實(shí)際上，現(xiàn)代化設(shè)備是忌諱被經(jīng)常拆開(kāi)維護(hù)的，是不是的拆開(kāi)維護(hù)總是對(duì)設(shè)備的精度和壽命等產(chǎn)生很惡劣的影響。有人形象的比喻設(shè)備維護(hù)就像醫(yī)生給病人看病一樣，最高的境界是根據(jù)外在的表現(xiàn)形式就能推導(dǎo)具體的需要維護(hù)的位置，就好比中醫(yī)里“望聞問(wèn)切”便能查到病人的病因，如果你總是想拆開(kāi)看看情況，必須承擔(dān)的代價(jià)是開(kāi)刀留下的傷口以及傷口等留下的副作用對(duì)病人的影響是長(zhǎng)期的。因而為了檢測(cè)這些先進(jìn)設(shè)備的狀態(tài)，科學(xué)的方法先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器是必須的。另一方面，現(xiàn)代化工業(yè)往往是分環(huán)節(jié)進(jìn)行的，某個(gè)環(huán)節(jié)出了錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)鏈的停滯，帶來(lái)的后果是設(shè)備故障停產(chǎn)帶來(lái)的損失越來(lái)越大，為了減少設(shè)備停產(chǎn)，只能進(jìn)行更加頻繁的維修和維護(hù)，維修成本在總生產(chǎn)成本中的比重越來(lái)越大，導(dǎo)致維修和維護(hù)成本急劇上升，根據(jù)相關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)革命后，因設(shè)備故障與維修產(chǎn)生的費(fèi)用占美國(guó)鋼鐵工業(yè)制造成本的15%左右，這些高昂的設(shè)備維修和維護(hù)費(fèi)用表明，現(xiàn)在的維護(hù)方式急需變革，新的低成本的維修或維護(hù)方式將越來(lái)越受到廣大廠商的青睞。

設(shè)備診斷技術(shù)正是在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的安全性和維修的迫切性這樣的環(huán)境下成為了一個(gè)獨(dú)立的研究方向，無(wú)數(shù)相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者在自己的領(lǐng)域在夜以繼日的推動(dòng)著設(shè)備診斷技術(shù)的一步步發(fā)展。在如今競(jìng)爭(zhēng)激烈的工業(yè)環(huán)境中，往往是壽命長(zhǎng)，性能可靠，控制精度高的設(shè)備盡管他們的購(gòu)買(mǎi)成本高，但因?yàn)榫S護(hù)成本低，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高而市場(chǎng)占有率明顯占優(yōu)。這其中，診斷技術(shù)已經(jīng)逐漸成為設(shè)備制造企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，相信伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，工藝的改革，診斷技術(shù)將會(huì)得到更加廣泛的利用，并在不同的領(lǐng)域產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。它的作用和產(chǎn)生的效益也逐漸得到了工業(yè)領(lǐng)域廣大科研工作者的認(rèn)可，隨著設(shè)備診斷的覆蓋面越來(lái)越廣，相信設(shè)備診斷的理念將得到更多的人所接受。而電機(jī)常常作為設(shè)備的“心臟”，是設(shè)備維護(hù)中最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，能否及時(shí)的診斷出電機(jī)故障或者能否在電機(jī)出現(xiàn)故障的初期檢測(cè)出電機(jī)故障時(shí)電機(jī)故障診斷的關(guān)鍵。而且隨著電機(jī)維修的發(fā)展，已經(jīng)逐步開(kāi)始從事后維修轉(zhuǎn)化為了預(yù)防故障和容錯(cuò)運(yùn)行，而電腐蝕故障作為常見(jiàn)的電氣故障以及嚴(yán)重電氣故障產(chǎn)生的重要誘因，因此對(duì)電腐蝕故障后三相電流進(jìn)行仿真分析具有重要意義。

2 發(fā)電機(jī)定子繞組電腐蝕原因分析

通常來(lái)講，電機(jī)的故障診斷過(guò)程一般被分為以下四個(gè)部分，也就是數(shù)據(jù)獲取，特征提取，故障分析，決策。獲取的數(shù)據(jù)有時(shí)候根據(jù)故障診斷技術(shù)各異，主要包括溫度、力矩、振動(dòng)、電流和電壓。通常，電機(jī)故障診斷研究和實(shí)踐方案主要有基于物理理論的研究方案、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的實(shí)踐方案和模型仿真研究的研究方案。

發(fā)電機(jī)定子繞組電腐蝕的故障原因如下，由于主勵(lì)磁機(jī)輸出電壓頻率為200Hz，每個(gè)整流周期為5ms，且每個(gè)周期出現(xiàn)6個(gè)尖峰脈沖，所以在20ms內(nèi)會(huì)出現(xiàn)24個(gè)尖峰脈沖。對(duì)于3000r/min的發(fā)電機(jī)，定子旋轉(zhuǎn)一周（20ms），定子電壓會(huì)出現(xiàn)24個(gè)尖峰脈沖。結(jié)合定子表面24個(gè)規(guī)則的電腐蝕斑痕，因此認(rèn)為造成電腐蝕的直接原因是經(jīng)過(guò)三相橋式整流的電壓含有高頻尖峰脈沖所致。由于定子接地保護(hù)原理要求裝置需長(zhǎng)期引入定子電壓，同時(shí)因采樣電阻R的存在，造成整流橋輸出正負(fù)極間通過(guò)機(jī)頭定子始終有電流流過(guò)。加之機(jī)頭定子材質(zhì)其通流容量設(shè)計(jì)值較低，因此在勵(lì)磁電壓的尖峰脈沖長(zhǎng)期作用下，機(jī)頭定子出現(xiàn)規(guī)則的電腐蝕痕跡。除此之外，還有部分突發(fā)性的事故，好比匝線(xiàn)之間絕緣片的移動(dòng)、定子頂部熱量太高發(fā)生變形、很小的電子顆?；驈U渣誤進(jìn)定子中的線(xiàn)圈頂端和透風(fēng)縫隙中會(huì)產(chǎn)生電腐蝕等問(wèn)題。當(dāng)機(jī)組進(jìn)行靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)時(shí)，或者恒定運(yùn)作時(shí)，線(xiàn)圈中的匝線(xiàn)會(huì)發(fā)生對(duì)向運(yùn)動(dòng)，使兩個(gè)匝線(xiàn)之間相互磨損絕緣，使匝線(xiàn)電腐蝕碰觸。若無(wú)視這種電腐蝕問(wèn)題讓其發(fā)展到一種狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)“單極電流”和“單極電勢(shì)”的情況，出現(xiàn)機(jī)組有用磁勢(shì)衰弱，妨礙系統(tǒng)無(wú)用功的輸出，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)不均衡使得硬件震動(dòng)，以至主要軸承產(chǎn)生磁化。

3 發(fā)電機(jī)定子繞組電腐蝕處理方法

由于定子出現(xiàn)電腐蝕痕跡主要是由于存在尖峰脈沖的勵(lì)磁電壓通過(guò)定子及定子接地保護(hù)裝置中的電阻構(gòu)成回路，加之定子通流容量較低，在尖峰脈沖的長(zhǎng)期作用下出現(xiàn)電腐蝕痕跡。因此解決定子電腐蝕可從幾方面著手進(jìn)行。

（1）采取措施消除勵(lì)磁電壓波形中的尖峰脈沖。通常情況下，為降低輸出電壓的上升速率，防止出現(xiàn)尖峰脈沖，在電壓輸出端及二極管兩端應(yīng)增加阻容吸收回路。但由于無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的所有零部件均處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，如增加阻容吸收回路，對(duì)一次設(shè)備的結(jié)構(gòu)必須重新進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工、制造，工作量較大且難于保證現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。

（2）對(duì)定子接地保護(hù)構(gòu)成原理進(jìn)行改造，避免采樣回路在正常情況通過(guò)定子流過(guò)回路電流。如對(duì)保護(hù)構(gòu)成方式進(jìn)行相應(yīng)的改造，使采樣回路在正常情況下不流過(guò)電流則可避免電腐蝕情況出現(xiàn)。

（3）電腐蝕的最終后果是定子表面由于電火花而灼傷，使定子表面凸凹不平。因此通過(guò)改變定子的金屬材質(zhì)，采用高導(dǎo)電性、耐高溫、耐腐蝕的合金材料可有效抑制電腐蝕的發(fā)生。但由于受定子的安裝工藝限制，此方法現(xiàn)場(chǎng)很難實(shí)現(xiàn)。

（4）電腐蝕的直接原因?yàn)槎ㄗ优c碳刷之間產(chǎn)生電火花，使定子過(guò)熱，從而燒灼定子表面。為控制電火花的產(chǎn)生，應(yīng)盡量減小定子與碳刷之間的接觸電阻。為防止定子表面過(guò)熱，應(yīng)適當(dāng)減小接觸面的電流密度。

4 總結(jié)

想要做出問(wèn)題的判斷那么問(wèn)題產(chǎn)生的原因是基礎(chǔ)，當(dāng)我們了解大多數(shù)出現(xiàn)問(wèn)題的原因和發(fā)生故障時(shí)的特征，才可以對(duì)電腐蝕原因明白、深入的了解，研究出適合大部分機(jī)組的解決方法，才能有針對(duì)性的解決檢測(cè)時(shí)的精確性和敏感性的問(wèn)題。根據(jù)之前的探討可以了解到，目前對(duì)問(wèn)題原理的討論僅僅對(duì)應(yīng)的是某一種電力系統(tǒng)，并且做出了簡(jiǎn)單化整理，這種情況得到的問(wèn)題特征會(huì)十分模糊，所以對(duì)問(wèn)題原因的探討是解決繞組中電腐蝕問(wèn)題的根本。

參考文獻(xiàn)：

[1]付朝霞.關(guān)于發(fā)電機(jī)定子繞組電腐蝕問(wèn)題的討論[J].電力安全技術(shù)，2018，20（05）：62-64.

[2]張超.扭子水電站發(fā)電機(jī)定子線(xiàn)圈電腐蝕處理[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2018，41（01）：45-46+53.

[3]閆迎.一起發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電腐蝕問(wèn)題分析及處理方法探討[J].大電機(jī)技術(shù)，2017（01）：29-32.

[4]路建，王國(guó)柱，任剛，黃嘉.張河灣電站發(fā)電機(jī)定子繞組電腐蝕原因分析及處理[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2016，39（12）：47-48+57.

作者簡(jiǎn)介：

舒朝暾（1977年8月-），男，漢族，湖南懷化市洪江區(qū)人，大專(zhuān)，助理工程師，主要從事電氣一次維護(hù)與管理工作。

（作者單位：懷化沅江電力開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司洪江水力發(fā)電廠）