大型發電機定子鐵心常見故障及處理措施

摘 要：定子鐵心是組成發電機基本和主要的部件之一，起著構成電機工作磁路和固定定子繞組的重要作用。發動機在運行多年后，由于種種原因，定子鐵心的壓緊力會逐漸減小，甚至發生松動。它的產生給發電機的安全運行帶來隱患，有的甚至造成了機組被迫停運。而這種情況一旦出現，不但會造成嚴重的經濟損失，還會影響發動機的壽命。因此，有必要對此問題進行探討和重視。現代大型汽輪發電機更注重選用有方向或無方向性的優質冷軋硅鋼片，以降低鐵心損耗，提高發電機效率。本文主要探討大型發電機定子鐵心常見故障及處理措施。

關鍵詞：發電機；定子鐵心；故障

發電機在人們生活中占到很大的比重，維護發電機的正常運轉，對于維護正常的經濟生活非常重要。而定子鐵心的相關問題在發動機故障中經常出現，影響到發電機定子鐵心的因素很復雜，定子鐵心常見故障一般分為定子鐵心與機座的振動異常、定子鐵心壓裝變松等多種。對于這些故障，在機組進行修整期間，應該使用探測儀對定子鐵心進行以下檢查，密切關注相關部位振動值和噪聲、齒部和軛部、鐵損試驗。為了獲得要求的磁、電特性和機械強度，減少磁滯和渦流損耗，定子鐵心選擇了磁導率高、損耗小，能達到一定工藝要求。

1 大型發電機定子鐵心常見的故障

1.1 定子鐵心與機座的振動異常

發電機運行后，軸系、定子鐵心及機座的振動是不可避免的。采用端蓋式軸承的發電機，定子鐵心及機座的振源來自兩方面：一是來自轉子傳來的機械振動；二是電機電磁場產生的電磁振動。由于轉子的平衡精度不可能達到理想程度，轉子旋轉后，由于質量不平衡引起的振動通過軸承和端蓋傳到定子機座，產生工頻（50Hz）振動；而由于轉子磁極（大齒）與小齒呈現的相互垂直的剛度的差異，則對定子產生二倍工頻（100Hz）的振動[1]。由電機電磁場產生的電磁振動力為：（1）因定子鐵心有交變磁通通過所產生的交變電動力導致的工頻振動。在鐵心未壓緊或鐵心局部過熱時即產生強烈的振動和噪聲。（2）旋轉的轉子加勵磁后，相當于旋轉的電磁鐵，對定子鐵心產生使其變形的磁拉力，由此產生二倍頻振動力，即橢圓振動--這也是定子鐵心振動的主要振源。發電機帶負載后將使鐵心的倍頻振動力加強，且由于定子端部漏磁場的軸向分量影響產生軸向的倍頻振動力。當發電機發生三相短路時，將使定子鐵心的橢圓振動與形加劇。兩相短路時，定子鐵心還會發生扭轉振動。為將這些危害發電機安全運行的振動減至最小，除在設計和制造工藝方面提高定子鐵心的剛度和彈性模量，使其固有頻率避開工頻和二倍頻外，對大型汽輪發電機的定子鐵心還采用彈性固定的辦法即彈性定位筋或彈簧板隔振結構固定在定子機座上，以減小鐵心振動直接傳至機座上[2]。

1.2 定子鐵心壓裝變松

國產及進口200MW及以上容量的大型汽輪發電機曾多次發生過定子鐵心硅鋼片壓裝變松故障，輕微者僅對松弛部位加塞涂絕緣漆的硅鋼片等塞緊，或扭緊定位筋及穿心螺母進行局部處理；嚴重者則需將定子繞組全部抬出，相關的緊固件全部拆除，以更換已損壞的整段鐵心，對鐵心進行整體壓裝，造成極大損失。從歷次對鐵心松弛故障原因分析的結果來看，老舊機組大多因為運行年久，在交變電磁振動力及鐵心自身重力的影響下，破壞了鐵心疊片間絕緣漆膜形成的阻滯力，導致鐵心疊片變松，片間絕緣被破壞，形成片間短路和局部過熱。新投入的發電機定子鐵心疊片變松的原因則是多方面的[3]。

2 大型發電機定子鐵心常見故障及處理措施

排除接地故障時，應認真觀察繞組的損壞情況，除了由于絕緣老化、機械強度降低造成繞組接地故障，需要更換繞組外，若繞組絕緣尚好，僅個別繞組接地，只需局部修復。（1）槽口部位接地。如果查明接地點在槽口或槽底線圈出口處，且只有一根導線絕緣損壞，可把繞組加熱至130℃左右使絕緣軟化后，用劃線板或竹板撬開接地點處的槽絕緣。把接地處燒焦的絕緣清理干凈，插入適當大小的新絕緣紙板，再用絕緣電阻表測量絕緣電阻。繞組絕緣恢復后，趁熱在修補處涂上白干絕緣清漆即可。若接地點有兩根以上導線絕緣損傷，應將槽絕緣和導線絕緣同時修補好，避免引起匝間短路。（2）雙層繞組上層邊槽內部接地。先把繞組加熱到130℃左右使絕緣軟化，取出接地線圈上的槽楔，再把接地線圈的上層邊起出槽口清理損傷的槽絕緣，并用新絕緣紙板把損壞的槽絕緣處墊好。同時檢查接地點有無匝間絕緣損傷，然后把上層邊再嵌入槽內，折合槽絕緣，打入槽楔并做好絕緣處理。在打入槽楔前，應用絕緣電阻表測量故障繞組的絕緣電阻，使絕緣電阻恢復正常。對于雙層繞組下層邊槽內部對地擊穿，可采用局部換線法和穿線修復法進行修復[4]。（3）若接地點在端部槽口附近，損傷不嚴重，在導線與鐵心之間墊好絕緣后，涂刷絕緣清漆即可。（4）若接地點在槽的里邊，可輕輕抽出槽楔，用劃線板和線匝一根一根地取出，直到取出故障導線為止，用絕緣帶將絕緣損壞處包好，再把導線仔細嵌回線槽。（5）繞組受潮引起接地的應先進行烘干，當冷卻到60～70℃左右時，澆上絕緣漆后再烘干。（6）若由于鐵心凸出，劃破絕緣，應將凸出的硅鋼片敲下，在絕緣破損處重新包好絕緣。

定子鐵心故障探測儀的應用。發電機定子鐵心故障檢查試驗的目的是查找運行時的過熱點隱患，防止擴大為發電機事故。上節提到的鐵心試驗方法是傳統的試驗方法，是通過臨時安裝的勵磁繞組，在定子鐵心上產生周向環繞磁通，試驗時要抽出轉子，大型發電機通常要用承載約300A電流的電纜，穿過定子內膛至定子機殼外部繞若干匝[5]。對于500MW的發電機，要在鐵心中產生的磁通密度達到發電機額定工作磁密的80%，大約需要3MVA的試驗電源。試驗時用紅外熱像儀測量定子內膛鐵心表面的溫度分布查找鐵心故障點，以確定鐵心表面的局部缺陷。這一電壓是由穿過ABCD回路的磁通感應產生的，隨著該回路尺寸的不同，電壓數值可能達到幾十甚至幾百伏，后者是指軸向通風的發電機，在這些發電機中溫度計導線沿著槽由定子端部引出。顯然，這個電阻溫度計對汽輪發電機機殼的任意第二點短路，都會形成電流回路。假如，定子機殼的E點是第二個短路點，在ABC-DE回路中就有電流，電流數值與回路電阻及短路點之間的感應電壓數值有關。通常，電阻溫度計的引線沿槽布設，從臨近的鐵心段間的徑向通風溝引出。如運行經驗指出，由于AB-CDE的面積小，故回路的感應電勢和感應電流也小，未曾發現鐵心損壞。具有軸向通風系統的汽輪發電機，當電阻溫度計本身或它的引線絕緣損壞時，可能損壞有效鐵心和繞組。對于電阻溫度計埋在槽楔下面的水冷汽輪發電機，在重新打緊槽楔和更換定子線棒時，必須特別小心并注意電阻溫度計引線的正確安裝與敷設。當發電機出現一點接地時，如果接地電容電流和持續時間超過一定數值；就可能伴隨出現定子鐵心燒損事故，因此，隨著單機容量增大，世界各國對于發電機單相接地保護要求越來越嚴格。

3 結語

本文結合相關資料，以及調研實踐活動，通過學習同學科的先進經驗，從大容量汽輪發電機定子鐵心的常見故障及處理措施這兩個方面，對可能影響定子鐵心質量的因素作了較全面的分析，并提出了切實有效的解決方法，具有合理性、通用性，對于發電機的鐵心維護、維修有很好的借鑒和推動意義。

參考文獻

[1]李偉清. 汽輪發電機故障檢查分析及預防 第二版[M]. 中國電力出版社，2010.10：178-180.

[2]楊曉飛. 200MW發電機定子鐵心故障的原因分析[J]. 電力科學與工程，2008.06：125-126.

[3]牛志成. 引進型300MW發電機密封油系統常見問題及處理[J]. 電力安全技術，2009.11：78-80.