水轮发电机定子转子绝缘故障原因分析及预防

还 有 一 些 情 况 是 制 造 工 艺上 存 在 缺 陷 ．定子绕 组某些 局部部 位存 在 绝 缘薄 弱 、不 紧固或气 隙不 合理 等现 象 ， 高温 、 在 高压 和综合 力 的持 续作用
下 ， 些部位 容易 老化 、 裂 、 动等 ， 这 开 松 逐 渐 出 现 绝 缘 问 题 甚 至 引 起 定 子 绝 缘
钩 ， 接 在 盒 型 压 齿 上 ， 弥补 硅 钢 焊 以
ｋ 负荷 运行 中 。发 生 定 子一 点接 地 Ｗ 现象 ． 现保 护 动 作 ． 组 跳 出 口开 出 机 关甩 负荷 。 机进 行检测 后发 现 ， 停 １号
机 ４ ６号 上 层 线 棒 中 部 表 面 靠 近 槽 ４
壁处 出现严 重 电腐 蚀 现象 ， 防晕 层 出 现 一定 的变 色 、 酥 和 蚀 伤 ． 子 主 变 定
剪 断鸽 尾 筋 与机 座 的 固定 点 ， 而失 从 去 限制 ， 渐 割破定 子线棒 主绝 缘 。 逐
电机 运行 和 检修 实 践 ， 水 轮发 电机 对
（ 以立 轴为 例 ） 子 、 子 绝缘 故 障 的 定 转 原 因作 定性 的分 析 。
一
、
故 障原 因分 析
的综 合 作用 ， 致 电腐蚀 现 象甚 至击 导
⑥定期对发 电机定子、 转子绝缘
进 行 检 测 ， 据 检 查 结 果 和 试 验 数 据 根
绝 缘 表 面 出 现 一 个 黄 豆 粒 大 小 的 麻
定 子 、 子 绝缘 发 生故 障 的原 因 进行 转
分 析 ，并 采 取 有 针 对 性 的 预 防 措 施 ，
意义重 大 。
片 鸽尾 筋 、 位 筋所 起 的 作用 。硅钢 定 片移 出 的原 因 主要 是 铁 芯 片叠 压 不 够 紧 ． 符 合规 定 要求 。硅钢 片 在运 不
触不良。 防晕 层 的半 导体 材 料 间也 有 局部 气 隙 ， 对地 电位分 布 在 主绝 缘 而 和 气 隙两 种不 同的介 质上 ， 使定 子线
位 筋 与鸽 尾 筋 的 拉 力 、 电磁 力 等作 用， 正常 情 况下 ， 钢片 的位 移 、 硅 变化
都 在 设 计 允 许 的 范 围 内 。铁 芯 片 叠 压
烧 毁 的恶性事 故 。表 现为定 子局部 温 度 过高 、 短路 接地 、 匝间短路 、 着火 等 。
（ ） 芯 硅钢 片局部 短路 ２铁 水 轮发电机定子铁芯硅钢 片 由
定子 线棒 。大修前 在做 交流 耐压 试验 过程中 ． Ａ相 电压加 至 ２ Ｖ 时 电压 １ｋ 突然 降 至 ０Ｖ。 检测 发 现 ９ ３槽对 应定 子 线棒 被槽 底 部溢 出的硅 钢 片 割破 。 进 一步 检 测发 现 ． 子 铁 芯硅 钢 片沿 定
发 电机 是 电力 系 统 中的 重 要 电 力 设备 ． 的安 全 运行 影 响着 整个 电 它 力 系统 的可靠 供 电 ，而 发 电机 定子 、 转 子 的绝 缘 性 能 是 发 电机 能 够 安 全 运 行 的保 证 ， 因此 发 电机 定 子 、 对 转
子 绝缘 状 况 的安 全性 评 价 ． 发 电机 对
水 电 及 农 村 电气 化
２ １ ．２ 中 国水 利 ０ ２１
水轮 发 电机 定子 转子绝 缘故 障 原 因分析及 预 防
宁 国 兴
（ 河 万家寨水 利枢 纽 有限公 司 电站管理 局 ，３ ４ ２ 偏 关 ） 黄 ０６１，
关 键 词 ： 轮 发 电机 ； 子 ； 子 ； 缘 ； 障 分 析 水 定 转 绝 故 中 图分 类 号 ：Ｖ ３ ．１ Ｔ ７ ４２ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ０ １２ （０ ２ １ — ０ ３ ０ １０ — １ ３ ２ １ ）２ ０ ３ — ２
行 中 可 能 会 受 到 热 应 力 、摩 擦 力 、 定
坑 。这是 由于定 子主绝缘 材 料 中有 局
部 气 隙 ． 子 线 棒 表 面 与 槽 壁 边 缘 接 定
水 轮 发 电 机 在 运 行 中 。 由 于 电
压、 、 学 、 热 化 机械 振 动 以及其 他 因素 的影 响 ．绝缘 材 料会 发 生一 些 变化 。 其绝 缘性 能 会 出现 劣化 。 至失 去绝 甚 缘 性 能 ． 成 事故 。本 文结 合 水 轮发 造
子、 转子 气 隙 中建立 以同 步转 速 旋转
的磁场 ， 向与 转子 转 向相 反 的 负 序 方 旋 转磁场 。它 对转 子 以 ２倍 同步转速
切 割 转 子 ， 转 子 铁 芯 表 面 （ 肤 效 在 集
在着气隙， 该处 绝 缘 在局 部 强 电场 的
作 用下 ， 渐被 电腐蚀 击 穿 。 逐
态 下消失 。
水 轮 发 电机 定 子 绕 组 在 机 组 检 修 时 ， 于 起 吊 、 运 和 施 工 作 业 中 由 搬 受 到碰 撞 、 刮擦 ， 使 定 子 绕 组 发 生 会 局 部 变形或绝 缘表 面受伤 ．虽然定 子
⑧ 定 期 检 测 水 轮 发 电 机 定 子 铁
芯 硅 钢 片 的 位 移 、 化 情 况 ； 期 检 变 定
穿 放 电 ； 外 ， 晕 层 和 铁 芯 间也存 另 防 在 一 定 的 气 隙 游 离 放 电 。 渐 破 坏 防 逐 晕 层 ， 成 电 晕 放 电 ， 终 造 成 定 子 造 最 线 圈表 面绝缘 损伤 。 某 电 站 ４号 水 轮 发 电 机 （ 定 电 额 压 １ ．５ Ｖ） 运 行 １ ５７ ｋ 已 １年 ， 更 换 过 未
１ ． 水轮发 电机 定子绝缘故障
的主要原因
ｆ ） 伏 性 缺 陷 １潜
水 轮 发 电机 在 设 计 、 造 、 输 制 运
和 安装 的 过程 中存 在 一些 局 部 质 量 问题 ， 出现 某 一 点 损 坏 ， 在 出 厂 如 而
试 验 和 交 接 验 收 中 并 没 有 出 现 异 常
应） 及转 子表 面 各部 件 和接 触 面 上 感 应 ２倍 工频 电流 。 些 环 流使 转 子铁 这
问短 路 、 匝问短 路 、 路接 地 、 短 不对 称 运 行 、 全 相 运 行 等 情 况 下 ， 可 能 非 有
造 成 定 子 主绝 缘 的局 部 受 伤甚 至 烧 毁 定 子 ： 子线 棒 在 受潮 时 也会 导 致 定
芯 及 表面 附件 会 产生 局 部过 热 ． 果 如
继 电保 护 没 有 及 时 动作 或 处理 不 及 时 ， 造 成转 子 烧毁 的恶性 事 故 。此 会 外 。 序 电流 也 会 在 定 子 、 子 之 间 负 转 产 生交 变 的 电磁 转矩 ， 转 子受 到 交 使 变 力矩 的作用 而 产生 振 动 ． 发热 和振 动 的综合 作用 ， 可能会 损坏 转子 。
１ ０年 ， 更 换 过 定 子 线 棒 。 带 １ 未 在 ６万
位 移 达 ６ ｍｍ。经 有 关 专 家研 究 ， ． ７ 决 定 采 取 应 急处 理 ：定 子 线 棒 全 部 拔 出 ， 换 受 损 线 棒 ： 硅 钢 片 移 出部 更 对 分 进行 切 除 、 平 ， 槽位 平 整 ； 磨 使 用不 锈 钢 制 作 了 专 用 的止 动 装 置 —— 拉
钢 片局部 短 路 时 ，铁损 会 显 著增 强 ， 局 部 过热 明显 ， 速 硅钢 片 和定 子 主 加 绝缘 的 老化 ， 如果 没 有及 时发 现 和处 理 ， 导致 铁 芯严 重 烧损 和 定 子绝 缘 会 击穿 事故 。
（） 子 主绝 缘受伤 ３定
该 问题 的表现 有 多种 形 式 ： 的是 励 有 磁 整 流柜 中设 备 、 件 绝 缘破 坏 引 起 元
缩 的影响 ， 避免 其变形 、 劳 、 伤 。 疲 损
② 定 期 对 水 轮 发 电 机 组 的通 风
冷 却效 果 进行 安 全性 评 价 ，对 通 风 、
冷却 系统 进行 全 面检 测 ： 运行 中注 意 监视 各 部 分温 升符 合 有 关规 程 规 定 ， 发 现温 升 过高 问 题 ，必 须 高度 重 视 ． 及 时检查 处理 。
荷运 行 中 ， 然发 生 定子 一 点 接地 事 突 故 时 ， 现 保 护 动 作 ， 出 口开 关 甩 出 跳 负荷 。检 测发 现 ２ ４槽 上层 线棒下 部 ３ 有一 细划 痕 ． 划痕 沿 防 晕层 边斜 上 划 过线棒 表 面 ， ４ｃ 运行 中 ， 长 ｍ。 由于存
ห้องสมุดไป่ตู้
④ 当 电力 系统 或 发 电 机 发 生 不
（） ４ 电力 系统发 生短 路故 障 在 电 力 系 统 发 生 短 路 故 障 且 故 障点 距离 发 电 机很 近 时 ， 发 电机 相 如
⑤ 定 期 对 能 引 起 水 轮 发 电机 定
子 、转 子 短 路 接 地 故 障 的 支 持 绝 缘 子 、 离绝缘子等进行清扫 、 隔 检查 和 试验 ： 意对 转 子集 电环 和碳 刷 处 的 注 绝缘 隔离 部分 清扫 、 查 。 检
的接 地故 障 ； 的是集 电环 到转 子 线 有 圈的 励磁 输送 电缆 （ 过 转 子大 轴 中 穿
心 ） 缘 有 破 损 。 芯 接触 大 轴发 生 绝 线
接 地 故 障 ； 的是 转子 磁 极 线 圈处 绝 有 缘 破损 引起接 地故 障 。转子磁 极在 旋
转 过程 中受离 心 力 、 电磁 力 和机 械 力 的共 同作 用 ， 起 磁 极 的振 动 ． 时 引 有 会 造成 磁 极松 动及 绝 缘 损坏 ， 生 接 发 地 故 障或 匝 间短 路 。需要 注 意 的 是 ． 这 种 接 地 故 障有 可 能 在 转 子 静 止 状
测 铁 芯 拉 紧 螺 杆 的 拉 紧 力 和绝 缘 情 况 ； 定 子 线 棒表 面 、 部 、 接 、 对 端 连 并 头套 等 全 面检查 ： 要 时通 过 做 定 子 必
铁芯 损耗试 验来 判定 铁芯 运行 状况 。
主绝缘试 验合 格 ， 问题 却潜伏 其 中 。 但
某 电站 ５号 水 轮 发 电机 带 １ ５万 ｋ 负 Ｗ
对 称短 路 故 障 ， 尤其 是 发 生非 全 相 运
行 时 ， 子 中产 生 的负 序 电 流会 在 定 定
④ 定 期 对 定 子 线 棒 、 部 、 接 端 连
母排 、 芯 、 接螺栓 、 弧线 圈、 铁 连 消 电 缆 、 子 集 电 环 、 刷 、 固螺 栓 、 转 碳 紧 电 缆接 头 、 磁 变 等处 进 行 红外 热 像 仪 励 测 温 ； 发 热 点 要 分 析 原 因 ， 时 采 对 及 取处 理措施 ， 做 出安全 性评 价 。 并
于局 部 的碰 伤 、 电腐蚀 、 动 、 温 等 松 高
情 况 的 持续作 用 ． 会逐 渐 破 坏 片 间绝
缘 ， 致 局 部 短 路 现 象 发 生 。铁 芯 硅 导
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水 电及 农 村 电气 化
Ｃ ＩＡ ＷＡ Ｅ Ｅ Ｏ Ｒ Ｅ ２ １ ．２ ＨＮ Ｔ Ｒ Ｒ Ｓ Ｕ Ｃ Ｓ ０ １ ２
径 向都 有 不 同程 度 的溢 出现 象 ， 长 最
情 况 ，待 水 轮 发 电机 运行 一 段 时 间
后 ，缺 陷部 位 易发 生绝 缘击 穿 事 故 。
具体表 现有 多种 形式 ：
某 电 站 １号 水 轮 发 电 机 已 运 行
收 稿 日期 ： ０ ２ ０ — ６ ２ １ —４ １ 作 者 简 介 ： 国 兴 。 程师 。 宁 工
棒 的局 部表 面 电位 增 大 ． 部 电场 增 局
强 ，产 生 局 部 游 离 放 电 甚 至 火 花 放
电 ， 种 放 电 对 定 子 线 棒 的 防 晕 层 及 这 主 绝 缘 的 表 面 产 生 电 、 、 械 、 学 热 机 化
不 紧 导致 鸽尾 筋 受力 不 均匀 ， 芯 片 铁 的径 向力 使 硅钢 片 发生 变 形 、位 移 ，