試論發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障及預(yù)防

張振宇

摘要：發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障是發(fā)電機(jī)多見的破壞性很強(qiáng)的故障，內(nèi)部故障時很大的短路電流會形成破壞性強(qiáng)大的電磁力，也許過熱，燒毀繞組和鐵芯。故障產(chǎn)生的非同步磁場也許大大的超過設(shè)計允許值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的嚴(yán)重?fù)p傷。大型發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障還可能對電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全造成巨大危害。所以，針對各種不同的故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，配置可靠的繼電保護(hù)裝置。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);故障;短路;預(yù)防;定子繞組

發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是確保電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用，同時發(fā)電機(jī)自身是一個價值不菲的電器元件，所以，應(yīng)該針對各種故障和不正常運(yùn)行狀況，裝設(shè)功能完備的繼電保護(hù)裝置，規(guī)范運(yùn)行規(guī)程、完善規(guī)章制度，嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程。

1.發(fā)電機(jī)故障的常見類型

1.1定子繞組相間短路：危害極大。

1.2定子繞組發(fā)生一相匝間短路：能夠發(fā)展為單相接地短路和相間短路。

1.3定子繞組單相接地：較為多見，可造成鐵芯燒傷或部分融毀。

1.4轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和接地短路：一點(diǎn)接地或兩點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地時危害不厲害;兩點(diǎn)接地時，因破壞了轉(zhuǎn)子磁通的平衡狀態(tài)，能夠?qū)е掳l(fā)電機(jī)的劇烈振動或?qū)⑥D(zhuǎn)子繞組燒損。

1.5轉(zhuǎn)子勵磁回路勵磁電流急劇降低或為零;從系統(tǒng)吸取無功功率，形成異步，從而導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降，甚至可使系統(tǒng)瓦解。

2.發(fā)電機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)

設(shè)備的設(shè)計不良，回路的接地、斷線，部件的松動、控制設(shè)備的產(chǎn)品質(zhì)量不良、周邊設(shè)備的故障等原因造成的不正常運(yùn)行。

2.1因為外部短路導(dǎo)致的定子繞組過電流：溫度上升，絕緣老化導(dǎo)致定子線圈的擊穿。

2.2因為負(fù)荷等超出發(fā)電機(jī)額定容量而導(dǎo)致的三相對稱過負(fù)荷：溫度上升，絕緣老化擊穿定子線圈。

2.3因為外部不對稱短路或不對稱負(fù)荷而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)負(fù)序過電流和過負(fù)荷：在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100Hz的倍頻電流，可使轉(zhuǎn)子個別部位灼傷或使護(hù)環(huán)受熱松脫，而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)重大事故。

2.4因為忽然甩負(fù)荷引發(fā)的定子繞組過電壓：調(diào)速系統(tǒng)慣性較大，在發(fā)電機(jī)忽然甩負(fù)荷時，轉(zhuǎn)速急劇上升可能引起過電壓，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)繞組絕緣擊穿，應(yīng)裝設(shè)過電壓保護(hù)。

2.5因為勵磁回路故障或強(qiáng)勵時長而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷，使轉(zhuǎn)子溫度上升，絕緣老化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損壞。

2.6因為轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點(diǎn)接地時，不會造成對發(fā)電機(jī)的危害。但當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點(diǎn)接地或者匝間短路時，很大的短路電流可能燒毀轉(zhuǎn)子本體。另外由于部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，使氣隙磁場不均勻或者發(fā)生畸變，致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動時所受的電磁轉(zhuǎn)矩不均勻，并造成發(fā)電機(jī)振動，損毀發(fā)電機(jī)。

2.7因為汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)主汽門忽然關(guān)閉而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)逆功率。當(dāng)機(jī)爐保護(hù)動作或者調(diào)速控制回路故障以及一些人為因素造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)為電動機(jī)運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)將從系統(tǒng)吸收有功功率，應(yīng)裝設(shè)逆功率保護(hù)。

3.發(fā)電機(jī)的非電氣類故障

發(fā)電機(jī)的非電氣故障是造成發(fā)電機(jī)停機(jī)的重要故障類型，小到障礙、缺陷，大到嚴(yán)重故障引發(fā)全停，甚至造成嚴(yán)重的電氣故障，損毀發(fā)電機(jī)的部件，構(gòu)成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。常見類型有：

3.1定子空心銅線（水冷）發(fā)電機(jī)漏水，可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)短路。

3.2定子內(nèi)冷水回路堵塞、引水管破裂、斷水等而引起的定子線圈的過熱而損壞。

3.3定子繞組端部振動大且松動。因而不能承受短路時的巨大機(jī)械力而導(dǎo)致的損壞。

3.4發(fā)電機(jī)軸瓦漏油，可能導(dǎo)致起火。

3.5發(fā)電機(jī)端部漏磁。

3.6電刷及滑環(huán)過熱、磨損等。

3.7發(fā)電機(jī)軸承斷油及過熱。

3.8發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械部件松動或脫落。

3.9發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子掃膛。

3.10發(fā)電機(jī)漏氫，可能導(dǎo)致起火爆炸。

國家電力公司為了預(yù)防“因定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)及工藝不良、漏水、水路不通、局部過熱、振動摩擦等原因;轉(zhuǎn)子繞組絕緣不良、緊固部件不牢或機(jī)械強(qiáng)度不良等原因，引發(fā)嚴(yán)重的電氣故障”，與2000年頒布了《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》。其中第11項“防止發(fā)電機(jī)損壞事故”規(guī)定：“為防止定子繞組端部松動引起相間短路，大修時應(yīng)檢查定子繞組線圈的磨損、緊固情況”;“防止定子繞組相間短路”應(yīng)“加強(qiáng)對大型發(fā)電機(jī)環(huán)形接線、過渡線、鼻部手包絕緣、引水管水接頭等處的檢查……對定子繞組端部手包絕緣施加直流電壓測量，不合格的應(yīng)及時消除”;“防止定、轉(zhuǎn)子水路堵塞、漏水”;“防止水路堵塞過熱”;“防止轉(zhuǎn)子漏水”當(dāng)“水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)發(fā)出漏水報警信號，應(yīng)做好調(diào)試、維護(hù)和定期檢驗工作，確保裝置反應(yīng)靈敏、動作可靠”;“防止轉(zhuǎn)子匝間短路”;“防止漏氫”;“防止發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行”發(fā)電機(jī)變壓器組的主斷路器出現(xiàn)非全相運(yùn)行時，其相關(guān)保護(hù)應(yīng)及時啟動斷路器失靈保護(hù)，在主斷路器無法斷開時，斷開與其連接在同一母線上的所有電源;“防止發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)”;“防止發(fā)電機(jī)局部過熱”;“防止發(fā)電機(jī)內(nèi)遺留金屬異物”，大修時應(yīng)對端部緊固件（如連接片緊固的螺栓和螺母、支架固定螺母和螺栓、引線夾板螺栓、匯流管所用卡板和螺栓等）緊固情況及定子鐵芯邊緣矽鋼片有無斷裂等進(jìn)行檢查;“當(dāng)發(fā)電機(jī)定子回路發(fā)生單相接地故障……定子接地保護(hù)報警時，應(yīng)立即停機(jī)”;“當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生一點(diǎn)接地時，應(yīng)立即查明故障點(diǎn)與性質(zhì)。如系穩(wěn)定性的金屬接地，應(yīng)立即停機(jī)處理”;“防止勵磁系統(tǒng)故障引起發(fā)電機(jī)損壞”等等。

綜上所述，發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障造成的破壞尤其嚴(yán)重。特別是大型發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障還可能對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成巨大危害。因此，在日常運(yùn)行過程中嚴(yán)格執(zhí)行運(yùn)行規(guī)程，配置可靠的發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路主保護(hù)，嚴(yán)格執(zhí)行《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》防止發(fā)電機(jī)發(fā)生故障等是電力工作者的重要任務(wù)。

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[4]防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求.

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