灯泡贯流式水轮发电机组故障及防范措施探讨
- 格式：docx
- 大小：29.15 KB
- 文档页数：6
灯泡贯流式水轮发电机组故障及防范措施探讨
摘要：灯泡贯流式水轮发电机是开发低水头水力资源较好的方式，在国内得到广泛应用。本文基于灯泡贯流式水轮发电机组的结构特点，简述了该类型发电机组常见的定子铁心位移或松动、定子绝缘损坏、转子阻尼条断裂等故障，并对各故障发生的具体原因进行分析，最后提出了相应的防范措施。
关键词：灯泡贯流式水轮发电机；常见故障；防范措施
前言
灯泡贯流式水轮发电机是水轮发电机的一种卧式结构形式，是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊形式，具有工作水头低（2m～30m）、水轮机效率高、电站投资少等优点。灯泡贯流式水轮发电机的独特结构使其具有一系列特点，如：定子直径较小、定子铁心相对较长、转子磁极空间较小等。同时，该类型的发电机组也存在散热条件较差、阻尼条过热或断裂、易产生较大的单边磁拉力等缺点。基于灯泡贯流式水轮发电机的结构特点，对机组的常见故障及发生原因展开论述，探讨相应的防范措施，为设备的安全稳定运行提供一定的指导[1,2]。
1常见故障
1.1定子铁心位移或松动
定子铁心位移或松动是灯泡贯流式水轮发电机常见的故障之一，其后果是切割或磨损线棒绝缘，使其在运行或试验中被击穿，导至运行中电机的电磁噪音过大。关于电机在铁心松动的部位和形式，不同生产厂家略有不同。广西柳州里定电厂发电机定子铁心存在压指沿周向位移、压迫线圈侧面的情况；广西京南水电厂发电机定子铁心普遍存在压指变形、压指下铁心叠片松动的现象，铁心分瓣组合缝处的叠片外圆侧出现波浪状变形；江西桃江水电厂部分发电机曾发生定子铁心段内硅钢片膨胀变形，向转子侧位移割伤定子线圈绝缘，并出现硅钢片断裂的情况[3]。
1.2定子绝缘损坏
受该类型发电机组自身结构的限制，其定子线圈绝缘的损坏频率要高于普通水轮发电机，在早些年的应用中，该类事故发生较为频繁。如广西某电厂机组在预防性试验的直流耐电压试验中C相对地击穿，运行时间两年半。
1.3转子阻尼条断裂
该类问题曾发生在多个工程应用单位的设备中，如南凌某水电厂某机组就发生过此类情况。甚至还有个别单位因机组的损坏情况非常严重而出现更换全部转子磁极铁心的情况，根据有关调研结果，可知按旋转方向位于磁极滑出边的阻尼条损坏情况最严重。
除了上述故障之外，还存在转子扫膛及中心体裂纹、运行温度过高等常见故障。
2原因分析
2.1定子铁心松动
2.1.1运行温度过高
发电机在运行中所受到的温度影响会在其设计时考虑到，需要采取相关的措施来应对因铁心的热胀冷缩而产生的影响，若运行温度超过设计温度，使得铁心的变形超出了允许范围，则会发生相应的翘曲变形，进而导致相应故障的发生。
2.1.2铁心的叠压工艺未满足要求
发电机生产厂家一般会采取多种硅钢片叠压技术来防止定子铁心松动问题的发生。为了提高铁心的抗变能力，可在定子铁心端部冲片的片间刷胶并采用热压技术，使端部一段或数段铁心粘结成一体。也有部分发电机使用自带胶层的绝缘纸与冲片粘结，但若胶层抗老化性能不佳，运行一段时间后，硅钢片就会发生位移。
2.1.3铁心压指刚度不足
定子铁心齿部的压紧主要是依靠端部压指实现，若压指刚度不足，当温度上升时，铁心膨胀将压指顶弯并产生永久变形，造成齿部压力不足，进而发生松动。
2.2定子绝缘损坏
2.2.1定子铁心松动
定子铁心松动后会刮伤定子线棒绝缘，硅钢片折断飞出也会割伤定子线棒绝缘。广西京南电厂的部分发电机曾发生过因铁心松动造成定子绝缘被击穿的故障，广西百龙滩电厂某发电机的定子线棒也曾由于铁心松动被割伤。
2.2.2线圈质量不良
线圈质量不良主要是指在制造过程因质量控制不严，或下线时工艺控制不佳而造成的绝缘损坏。其主要体现于线圈的股间或匝间绝缘损坏、主绝缘存在局部损伤等。
2.2.3异物或零件脱落碰伤线圈
部分机组在定子膛内遗留有电焊条、钻头、钢锯片等物件，会碰伤线圈。例如：江西某水电厂某机组运行中曾出现冷却风扇叶片折断后直接落入发电机定子膛内现象。
此外，定子线棒松动、接头过热等也会损坏定子绝缘。福建省高砂水电某发电机出现过端头跨接线熔断而造成定子相间短路的事故。
2.3转子阻尼条断裂
2.3.1阻尼条松动 阻尼条在槽中存在间隙时，会受到运行中的谐波电流作用，从而在槽中产生振动，该振动会造成阻尼条的机械磨损和疲劳损伤，且一定程度上会使槽中产生火花，对阻尼条产生电化磨损。
2.3.2电磁设计不合理
阻尼条的尺寸、槽距通常都按原有的经验公式进行设计。多年来的运行经验表明，部分经验公式存在不合理的地方，需要进行必要的修正和运行验证。
2.3.3系统电压过高
系统电压过高会使得发电机被迫降低励磁电流，从而使得发电机的功角增大，加剧气隙磁场的畸变率，使得磁极滑出边磁通增加，而滑出边的阻尼条的感应电流和受到的电磁力都会显著增加，造成其自身开裂或熔断。
此外，负序电流过大、负荷摆动过大等因素也会造成转子阻尼条的断裂，产生不利影响。
综合来看，除了以上所述的几种类型的故障原因之外，定子铁心定位筋开焊或脱落会导致转子扫膛及中心体产生裂纹故障；结构设计不合理、运行中轴承甩油等会导致运行温度过高，造成相应故障的发生等。
3防范措施
灯泡贯流式水轮发电机的故障涉及到制造、设计、安装、检修、运行、维护等流程中存在的问题，需要根据不同的故障原因采取相应的防范措施。总的来说应把控好以下几点：运行监视应到位；定期检查到位；控制检修质量到位；联系制造厂家调整设计方案到位。
3.1防止铁心松动
首先，需要定期检查定子铁心端部叠片是否发生位移，铁心表面是否存在黄色的铁锈粉，齿部是否有松动、变形、变色、断裂的迹象。其次，需要检查齿压板的压指是否存在变形和松动，压指和铁心端片之间是否存在空隙。再者，需要在运行中对机组的振动情况和噪声进行监视，及时查明出现异常情况的原因。此外，若发生铁心松动问题，须及时处理，遏制问题的严重化。
3.2防止定子、转子绝缘击穿
首先，需要认真检查和清除定子、转子中的遗留物，防止其破坏定子或转子绝缘。其次，需要定期清扫转子滑环碳粉、清洗定子的油污和油泥，防止通风沟堵塞。此外，应注意当机组处于停机备用时，要采取相关的保养措施防止其主绝缘受潮。时刻注意保持机组的防护网完好，并及时处理定子铁心、线棒松动等问题。
3.3防止阻尼条断裂
保持水轮机的调速器或发电机的功率调节平稳；保持用户侧三相负荷的分配平衡；适当调节升压变压器的运行档位，保持机组运行避开低励磁状态。若发现阻尼条松动，应及时采取加固措施。在机组大修时要注意检查阻尼条、阻尼环是否断裂，对所发现的问题进行及时处理。如若磁极严重损坏，需要联系生产厂家重新制造时，应提醒厂家适当调整阻尼绕组的设计参数。
除了上述相关措施之外，还需要针对转子扫膛和中心体的开裂、线棒松动等故障，采取相关的检修等防范措施。
4结论
目前，随着低水头贯流式电厂的建设发展，灯泡贯流式水轮发电机组存在的问题日益突出，需要相关的技术人员在一定的应用实践基础上，不断探索与总结，针对常见的定子铁心位移或松动、定子绝缘损坏、转子阻尼条断裂等故障，进行具体分析，并通过总结、提炼，提出相应的更为完善的防范措施，保障发电机组更为安全可靠地运行。
参考文献
[1]付雪辉.灯泡贯流式水轮发电机组常见故障分析及处理[J].广西电业,2019(03):63-66. [2]李昆仑.灯泡贯流式水轮发电机组受油器故障研究以及处理[J].珠江水运,2017(10):46-47.
[3]陈春发.桃江水电站发电机定子烧毁故障原因探索[J].科技与生活，2010，4(20)：19.
