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水轮发电机定子绕组故障特征及起因分析

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广东建材２０１１年第４期　工艺与设备　

水轮发电机定子绕组故障特征及起因分析　

张伟民　

（五华县东方红水库管理所）　

摘　要：水轮发电机定子绕组故障，通过对泄漏电流测量结果进行分析，能有效地检出发电机定子　绕组主绝缘受潮和局部缺陷与其他故障。　关键词：定子绕组；泄漏电流；故障分析　

水电站的水轮发电机长期处于相对潮湿及高温的　

复杂环境中运行，因其内部结构复杂，受外界因素的影　

响下容易发生内部故障．对电站机电设备安全运行带来　

隐患。根据《电力设备预防性试验规程》规定，在水轮发　

电机的预防性试验中要测量其定子绕组泄漏电流并进　

行直流耐压试验。因为通过测量泄漏电流能有效地检出　

水轮发电机主绝缘受潮和局部缺陷，特别是能检出绕组　

端部的绝缘缺陷。对直流试验电压作用下的击穿部位进　

行检查，均可发现诸如裂纹、磁性异物钻孔、磨损、受潮　

等缺陷制造工艺不良现象。　

根据《电力设备预防性试验规程》规定，在规定的试　

验电压下，所测的泄漏电流值应符合下列规定：　

（１）水轮发电机定子绕组各相泄漏电流的差别不应　

大于最小值的１００％（交接时为５０％）；最大泄漏电流在　

２０　Ａ以下时，相间差值与历次测试结果比较，不应有　

显著变化。　

例如：如某电站水轮发电机：６．３ｋｖ、１．６ＭＷ、　

ＳＦ１６００—２０／２６００型，在２０００年大修前，在２．５Ｕｎ下测　

得水轮发电机定子绕组Ａ、Ｂ、Ｃ三相泄漏电流分别为：　

５７　Ａ、３０　Ａ、６　Ａ，计算相问泄漏电流差别分别为：　

△Ｉ１＝（５７—６）／６×１００％＝８５０％＞＞１００％　

△Ｉ２：（３０—６）／６×１００％＝４００％＞＞１００％　

可见Ａ、Ｂ相绕组绝缘有严重问题，经检查分析；①　

水轮发电机投入运行时周边正在进行配套设施施工，运　

行环境恶劣，导致定子绕组上沾满水泥尘、灰尘等。②上　

导油盆曾甩油导致定子绕组上有油渍沾上更多灰尘，绕　

组整体受潮严重，降低了绝缘性能。通过大修彻底清洗　

定子绕组后，在２．ＯＵｎ下测量Ａ、Ｂ、Ｃ三相泄漏电流分别　

为３｜Ｊ　Ａ、３　ｕ　Ａ、２　Ａ，达到良好效果。　

又如某水轮发电机定子绕组前次试验Ａ、Ｂ、Ｃ三相　

泄漏电流分别２　ｕ　Ａ、２　１．ｔ　Ａ、６　ＩＪ．Ａ，后又发展为２　Ａ、　

２　ｕ　Ａ、１５　ｕ　Ａ。Ｃ相与前次比较有明显的变化。经解体检　查发现Ｃ相线棒上有一铁屑扎进绝缘中，经处理后三相　

泄漏电流恢复正常。　

（２）泄漏电流不应随时间的延长而增大。　

例如：某台水轮发电机在小修时，定子绕组在　

２．ＯＵｎ的直流电压下，测得三相泄漏电流不平衡，其中Ｃ　

相经４０Ｓ后，泄漏电流由１０　ｕ　Ａ突增至６０　ｐ　Ａ，说明该　

发电机有绝缘缺陷。经检查，一线棒在励磁机侧距槽口　

３２０ｍｍ处绝缘内嵌有一段长５ｍｍ、①ｉｍｍ的磁性钢丝，是　

制造上的遗留缺陷，经处理后，三相泄漏电流平衡。　

（３）泄漏电流随电压不成比例显著增长。　

例如：某水轮发电机定子绕组Ａ相在２．ＯＵｎ和　

表１　故障特征　常见故障原因　

在规定电压下各相泄漏电流均　出线套管脏污、受潮、绕组端部　超过历年数据的一倍以上，但不　脏污、受潮，含有水的润滑油　随时问延长而增大　

泄漏电流三相不平衡系数超过　该相出线套管或绕组端部（包括　规定，且一相泄漏电流随时问延　绑环）有高阻性缺陷　长而增大　测量某一相泄漏电流时，电压升　多半在该相绕组端部、槽口靠接　到某值后，电流表指针剧烈摆动　地处绝缘或出线套管有裂纹　

一相泄漏电流无充电现象或充　绝缘受潮，严重脏污或有明显贯　电现象不明显，且泄漏电流数值　较大　穿性缺陷　

充电现象还属正常，但各相泄漏　可能是出线套管脏污或引出线　电流差别较大　和焊接处绝缘受潮等缺陷　

电压低时泄漏电流是平衡的，当　有贯穿性缺陷，端部绝缘有断　电压升至某一数值时，一相或二　裂；端部表面脏污出现沿面放　相的泄漏电流突然剧增，最大与　电；端部或槽口防晕层断裂处气　最小的差别超过３０％　隙放电，绝缘中气隙放电　

常温下三相泄漏电流基本平衡，　有隐形缺陷　温度升高后不平衡系数增大　绝缘干燥时，泄漏电流不平衡系　数小，受潮后不平衡系数大大增　绕组端部离地部分较远处有缺　加　陷　

绝缘受潮后，泄漏电流不平衡系　在离地部分较近处（如槽部、槽　数减小　口等）或端部相同交叉处有绝缘　缺陷　三相泄漏电流不平衡，但能通过　大多在绕组端部离地部分较远　工频耐压试验　处有绝缘缺陷　

１１５

—　工艺与设备　广东建材２０１１年第４期　

对给水管在住宅中噪声污染　

控制途径的探讨　

郑壁利　

拥有安全、舒适、健康的生活空间是人们共同的愿　

望。但相当一部分居民住宅经装修或在建设使用过程　中，疏于环境卫生管理，使人们处于严重的室内污染之　

中。其中除了人们熟知的空气污染之外，还有噪声污染。　在日常生活中，室内给水管有时会发生振动，产生噪声，　影响人们的正常生活。　引起给水管振动噪声的因素很多，也很复杂。其中　有设计上的因素，施工上的问题，还有管理上的原因等　

等。针对管路振动问题，按激励源不同，可以分为管内流　体激励振动和壁管振动传递两类。　

１管内流体激励振动　

通常管路本身不会振动，管内介质的脉动是激励管　路振动的振源，如水锤的产生。在压力管道中由于管中　介质流速的剧烈变化，而引起一系列急剧的压力交替升　降的水力冲击现象，称为水锤，也叫水击。如供水泵停止　运行或快速启闭水龙头时，就会产生水锤。而水锤的压　

力远远高于正常流动时的压力，根据有关资料统计，水　锤压力相当于静压力的４～６倍。在水锤的作用下，轻者　引起管道振动和噪声，重者造成管道和阀门的破裂，影　

响供水安全。在给水系统中特别是高层给水系统中人们　对于停泵水锤历来很重视，是重点防治对象，技术也比　

较成熟。《建筑给水排水设计规范》（ＧＢ　１５～８８）以下简称　《规范》第２．５．１２条明确规定高层建筑给水系统，应根　据水泵扬程、管网压力，在输水干管上装设防水锤装置。　

如在泵出水管起段安装隔膜式水锤消除器、缓闭止回　阀、溢流阀等。这里仅就卫生器具给水配件处因快速启　闭水龙头而造成的末端水锤进行讨论。水锤和管中流体　压力、流速有关，在下属情况下更容易产生水锤现象：　（１）水支管管径小，支管水流过大给水管的管径与管　

段中水流速度及流量的关系为：　

ｄ＝、／　式中：　

ｄ——管径（ｍ）；　ｑ——流量（ｍ。／ｓ）；　ｖ——流速（ｍ／ｓ）。　显然，流速与管径是成反比的，管径越小，流速就越　大，水头损失也越大。而一般认为水流噪声与水流速度　

成正比，减小流速即可降低噪声。因为流速越大，就越容　易产生水锤，而引起水管振动产生噪声。所以，合理地确　

定流速，正确选用管径，是防治给水管产生振动的关键。　在流量确定以后，流速的大小将直接影响到管道系　统技术、经济的合理性。流速过大，易产生水锤，造成管　

道振动噪声。不仅缩短了管材和附件的合理使用寿命，　而且因水头损失增大，使给水压力增加，加大了给水泵　的扬程。从而导致电能消耗增加。而流速过小又会使管　

径过大，造成管材浪费，增加投资。因此，对管道水流速　度的选择，应综合技术、经济等各方面因素合理确定。　《规范》中规定，生活冷水给水管道水流速度不宜大　

于２．０ｍ／ｓ。当有防噪要求，且管径小于及等于２５ｍｍ时，　生活给水管道内的水流速度，可采用０．８～１．２ｍ／ｓ。通　

常设计时，室内干管多宜控制在１．２～１．５ｍ／ｓ，而支管　可控制在１．０ｍ／ｓ左右。对于热水给水管道其水流速度　

不宜大于１．５ｍ／ｓ，当管径小于及等于２５ｍｍ时，热水管　道内的水流速度，宜采用０．６～０．８ｍ／ｓ，生活热水管道　内的水流速度总的要求是小于冷水管道水流速度，其主　

２．５Ｕｎ相邻电压阶段的泄漏电流分别为５Ｏ　ｐ　Ａ和　

７５ｕ　Ａ，计算其试验电压和泄漏电流的增长率分别为：　

Ａ　＝（２．５—２）／２　Ｘ　１００％＝２５％　

Ａ　Ｉ＝（７５—５０）／５０×１　００％＝５０％　

可见，定子绕组泄漏电流的增长率较试验电压的增　

长率大１倍，检查发现其绝缘受潮。　

一１１６一　（４）水轮发电机定子绕组任一级试验电压稳定时，泄　

漏电流的指示不应有剧烈摆动。如有剧烈摆动，表明绝　

缘可能有断裂性缺陷。缺陷部位一般在槽口或端部靠槽　

口，或出线套管有裂纹。　

经过查找资料和实践经验总结，引起水轮发电机泄　

漏电流异常的常见原因如表１，供分析判断时参考。●

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大型水轮发电机定子接地故障分析及处理

大型水轮发电机定子接地故障分析及处理

２０２０年第６期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ６水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４

ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.０６.０１９

收稿日期:２０２０－０２－２４作者简介:马志忠ꎬ男ꎬ工程师ꎬ从事水电站机电设备安装与调试项目管理工作ꎮ大型水轮发电机定子接地故障分析及处理

马志忠１ꎬ刘凯兵２

(１.三峡机电工程技术有限公司ꎬ四川成都　６１００４０ꎻ２.上海福伊特水电设备有限公司ꎬ上海　２００２４０)

摘要:某大型水电站共１８台机组ꎬ其中２台机组因定子端部电晕现象比较严重ꎬ且发生了接地故障ꎮ以其中一台机组为例ꎬ经对其接地故障情况、故障原因以及故障处理方法进行了详细分析与探索ꎬ为如何预防或减少类似故障的发生提出了几点有益的建议ꎮ关键词:水轮发电机ꎻ接地故障ꎻ定子铁心ꎻ故障分析中图分类号:ＴＭ３１２ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)０６－００６７－０４

ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＳｔａｔｏｒＧｒｏｕｎｄｉｎｇＦａｕｌｔｏｆ

Ｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅＨｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅＧｅｎｅｒａｔｏｒＵｎｉｔ

ＭＡＺｈｉｚｈｏｎｇ１ꎬＬＩＵＫａｉｂｉｎｇ２

(１.ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１００４０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＶｏｉｔｈＨｙｄｒｏＳｈａｎｇｈａｉＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１１１１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎａｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎬｓｅｒｉｏｕｓｃｏｒｏｎａｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｓｔａｔｏｒｅｎｄｓｏｆｔｗｏｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｓａｎｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｓａｒｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ.Ｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎ

水电站水轮发电机组的常见故障与维护分析

水电站水轮发电机组的常见故障与维护分析

水电站水轮发电机组的常见故障与维护分析

摘要：水电站已经成为比较重要的发电方式之一，不仅环保，还能满足周围居民的用电需求。水电站中水轮机组是比较重要的组成部分，只有水轮机组能够正常的运行才能保证水电系统的运转更加稳定和高效，生产出更加安全稳定的电能。但是水轮发电机组在运行过程中经常会因为各种因素而出现故障问题，技术人员要针对机组容易出现的故障问题采取相应的解决措施，并加强机组的维护保养，保证其能够稳定的运行。本文介绍了水轮发电机组的工作原理，常见故障以及解决措施，并提出了维护对策。

关键词：水电站；水轮发电机组；故障与维护

引言：在水电站中，水轮发电机组的作用十分关键，不仅成本低而且对环境的污染也比较少，有利于推动我国城市的经济发展。水轮发电机组在使用过程中，难免会因为各种因素而出现故障问题，影响水电站的发电效率与质量，因此技术人员要加强水轮发电机组的维护管理，结合实际情况，针对常见的故障问题采取一定的措施，确保整个机组运行的安全性与稳定性，为水电站的发展做出更多贡献。

1.水电站水轮发电机组的工作原理

水轮发电机组主要是由定子、转子以及励磁装置所组成，发电机组中导水机构的关闭不能立即停止运行，而是需要隔一段时间才能彻底停止，在此过程中，可能会出现转速上升过快的问题。为了避免这一问题的发生，需要给转子提供更大的转动惯量，此时就会出现转子质量过重的问题。发电机在运行过程中，机组内通过励磁绕组的是直流电流，会形成正常的磁场，此时需要励磁电源、调节器以及励磁绕组等设备的共同合作才能得到直流电流[1]。如果技术人员直接向发动机提供励磁绕组与励磁电源，则会造成机组中的定子和转子结构存在气隙，该气隙的出现也引起旋转磁场的出现，这个磁场被称为主磁场。通过研究发现，该磁场的变化是正弦规律，当发电机组的主磁场与定子绕组展开切割运动时，定子绕组会因为时间的变化而出现正弦交流电动势，从而起到发电作用，如图1所示。

水电站水轮发电机组的常见故障与维护分析 2

水电站水轮发电机组的常见故障与维护分析 2

水电站水轮发电机组的常见故障与维护分析

摘要：随着社会的不断进步和提高，机械行业也迎来了自己的发展空间。水电站造福了社会，为人民群众提供了生命之源。 它摆脱了过时的工作模式，采用了水轮发电机组的方式。但在水电站使用水轮发电机组也存在问题，因此，本文着重分析水电站水轮发电机组的常见故障及维护措施，进而找到有效地维护方法。

关键词：水电站；水轮发电机组；常见故障；维护

1 前言

水轮发电机组是水电系统的运行核心，只有在水轮发电机组运行良好的前提下，水电系统才能高效运行，实现能量转换，实现及时供电，满足人民日益增长的电力需求。水轮发电机组在运行过程中，经常会出现一些设备故障，影响水电站的安全稳定运行。为了进一步改善水轮发电机组的故障问题，保证其正常运行状态，技术人员必须不断提高维修技术，提高专业能力，最大限度地避免和减少故障问题的发生，促进高效、高质的运行，为人民群众提供更优质的供电服务，提升水电站综合效益。

2 水电站水轮发电机组的结构与工作原理

水轮发电机组的主要组成部分就是定子、转子与励磁装置，定子主要有隔震系统、机座、铁芯，转子则主要包含了主轴、轮臂、轮毂、风扇、磁极、制动阀板等部件。水轮发电机组中的导水机构在关闭的过程中需要一定的时间，为了避免在关闭的过程中所造成的电网解列时的转速上升过快、过高的情况，就需要给水轮发电机的转子以更大的转动惯量。这是造成当前转子质量过重的主要原因。发电机同步运行的过程中，水轮发电机组内的励磁绕组会通过直流电流，直接形成正常运行的磁场，此时就需要借助励磁电源、励磁调节器、励磁绕组以及其他的组成设备才能获取给直流电流，如果直接给发电机提供励磁绕组与励磁电源，会使得水轮发电机组的定子与转子结构部分存在一定的气隙，而该气隙也会导致出现旋转磁场，这就称之为水轮发电机组的主磁场。经过分析发现，该磁场的变化呈现出正弦变化规律，在水轮发电机组主磁场与定子绕组实现切割时，定子绕组会伴随着时间的变化而产生正弦交流电动势，这样就能够达到发电的目的，这也是水轮发电机的工作原理。

水轮发电机定子铁芯松动故障分析及处理

水轮发电机定子铁芯松动故障分析及处理

水轮发电机定子铁芯松动故障分析及处理

摘要：定子铁心松动是水轮发电机在运行过程中较为常见的一类故障。在故障处理时，需要提前查明导致定子铁心松动的具体原因。对于材料本身存在质量缺陷的，或是因为使用年限增加材料老化的，通过更换新的材料可以解决；如果是安装不合格、运行环境差导致的，需要重新进行安装并优化运行流程。在有效解决定子铁心松动问题的基础上，还要尝试运用新技术、新工艺和新材料，预防此类问题的发生，确保水轮发电机始终保持高效、稳定的运行。

关键词：水轮发电机；定子铁芯松动；故障分析

1定子铁心松动的原因分析

1.1材料方面的原因

材料质量不合格，或是不符合使用要求，是造成定子铁心松动的常见原因。早期的水轮发电机定子铁心是以硅钢片为材料经过叠压形成。这些硅钢片的尺寸存在较大的误差，还有就是硅钢片随着使用年限的增加，平整度变差，导致硅钢片之间的间隙增加，难以被压紧，从而造成了定子铁心松动。

1.2设计方面的原因

零件设计不科学，按照设计方案加工制造出来的产品，也会出现各种问题。在定子铁心设计中，可能导致松动的原因有：铁心齿压条的设计强度偏小，在实际运行后，齿压条受到了远超其设计强度的作用力，导致齿压条变形，出现了松动；设计人员没有考虑到拉紧螺栓在实际运行中，会因为受到高温环境影响而发生一定幅度的膨胀。在拉紧螺栓反复多次胀缩之后，也会造成定子铁心松动；定子铁心齿压板的设计不当，齿压板越大，铁心的轴向刚度越强。如果设计的齿压板偏小，也会因为轴向刚度不足而引起铁心松动。 1.3制造方面的原因

定子铁心对精密度有极高的要求，在加工制作时，若生产工艺不过关，很容易留下质量瑕疵，在投入使用后有较大概率发生铁心松动故障。例如，硅钢片在冲剪之后，省略了毛刺去除工艺，导致硅钢片边缘部位存在毛刺，也会影响叠压效果；通风槽钢采用焊接方式固定，焊接质量差，存在焊瘤、焊渣，或是焊接热变形等；定子冲片喷涂绝缘漆时，漆的厚度不一致，或是喷涂工艺差，导致漆膜收缩率不一致等。这些生产制造中出现的问题，都会在不同程度上影响定子铁心质量，增加出现松动故障的概率。