２０１ ７年第Ｏ６期 ＮＯ．Ｏ６．２０１ ７ （总第３９３期） 中阂高靳技术企．Ｉ￡ｈ， ＾ Ｉ‘Ｈ Ｔ Ｅ ｃ Ｈ￡Ｈ Ｔ￡ 业 ｌ５ Ｅ ｓ （ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．３９３） 水轮发电机定子铁芯变形故障分析及处理措施探究 覃飞庆 （广西梧州桂江电力有限公司，广西梧州５４３０００） 摘要：发电机性能的重要影响因素是定子铁芯松动问题，因此对于定子铁芯出现的故障进行分析，从设计到 运行全流程加以研究并提出有针对性的解决措施，对于解决故障，排除隐患具有重要意义。文章围绕水轮发 电机定子铁芯变形以及故障处理的措施展开论述，结合实际案例进行系统的阐述。 关键词：水轮发电机；定子铁芯；变形故障；故障处理措施；定子改造工程 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＭ３１２ 文章编号：１００９—２３７４（２０１７）０６－０１６７－０２ １３０１：１０．１３５３５／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４４０６／ｎ．２０１７．０６．０８４ 广西水利电力建设集团组织施工的梧州京南电站发 形，造成凹槽或者断齿的情况发生。由于铁芯和机械转 电机定子改造工程，主要针对发电机组中定子铁芯松动 自的外径不在共轴的状态，使得一些气隙相对较窄的区 变形的情况加以改造。作为桂江流域的第五级电站，京 域出现了磁拉力，加剧了铁芯部分的变形，导致齿压板 南电站安装的两台单机为３４．５ＭＷ的灯泡贯流式机组。发 和冲片齿的分离。机械钟的硅钢片容易在机器的激烈振 电机为进口设备，分别出现过两相短路和定子线圈对地 动下发生破碎，最终导致元件的凹槽形损伤 击穿的短路事故。经过检查后发现是定子铁芯松动变形 第三，发电机械的工作使得机体的温度升高，因此 造成的。事后对定子铁芯松动部分和线棒的损坏部分进 机器中的定子铁芯出现了波浪形的振动，出现定子核心 行了处理，但是没有解决根本性的问题。为了保证发电 偏离和脱离的故障。 机组的安全稳定运行，在对发电机定子铁芯进行故障原 第四，机器附近的空气中的尘埃，导致机器中的油 因分析的基础上进行了改造工程。 液相互依附，累积在定子元件的线圈以及铁芯部分中。 １原有发电机定子铁芯故障问题 随着油雾的增加，定子元件的通风口遭到了堵塞，使得 经过对京南电站发电机定子铁芯存在的松动和变形 设备无法通风散热。 问题进行了查找之后，发现的问题包括：原生产厂家在 ３原定子铁芯结构特点分析 设计上存在问题，如铁芯冲片设计的轭宽和槽深的比例 定子主要由定子框架、铁芯和绕组等部件组成。定 有不合理的情况；定位筋上采用的固定鸽围尾筋以及发 子框架由焊接钢环构成，上下游侧都设有焊接法兰，框 电机定子铁芯热膨胀的变形缺乏预防措施的问题，铁芯 架设计具有刚性和防震结构，其内部形成空气流动的冷 压紧的结构不合理的情况；背拉式拉紧螺杆对铁芯的压 却通道。定子分两瓣制造，叠片和下线在制造厂内完 紧不利造成强度不足的情况；铁芯没有采用分段压紧的 成，工地组合后焊接成整体，进行合缝下线。定子铁芯 情况以及内部压紧力不均匀的情况等。 采用０．５ｍｍ厚高质量硅钢片半搭接叠装而成，每块硅钢片 ２原发电机出现定子铁芯故障的原因 冲压和磨光后，在每一面涂上绝缘漆。铁芯采用楔形接 第一，京南电站的水轮发电机设计为单轴卧式结 合法，固定在定子框架上。铁芯分层叠装，层间叠放Ｉ形 构，与水轮机共用一根主轴，轴两端分别通过法兰与转 高硬度间隔棒，定子铁芯的压紧是在上游侧采用一个钢 子和水轮机转轮连接，主要由定子、转子、组合式推力 压环焊接固定在定子机架上，下游侧用带压力齿的分段 导轴承、冷却套、灯泡头等部件组成。发电机产生的扭 端板将铁芯均匀地压紧，保证铁芯齿面全周长保持均匀 矩、部分径向力和轴向力通过水轮机管形座内、外壳体 压力。定子绕组为整距槽形双层波绕组，每槽有上下两 传递至厂房基础。 层绕组。定子绕组为棒型线圈，每一线棒由若干根铜导 励磁由一套静止可控硅整流装置提供，励磁电流通 线组成，单个导体由玻璃纤维丝带绝缘，整根线棒由多 过碳刷和滑环输送至转子，滑环和碳刷安装在发电机转 层云母叠层绝缘，经净化处理并浸渍环氧树脂。为防止 子轮毂上游侧。在上游侧灯泡体顶部设置有垂直进出竖 放电，铁芯槽内每根线棒全长附有不溶性半导体护层。 井，便于工作人员进入发电机内部进行检查和维护，动 线棒装入定子槽，在槽中采用硅橡胶进行固化处理，定 力电缆、励磁电缆、控制和信号电缆以及冷却水管和转 子槽由楔形基础材料封闭并用硅橡胶进行固定。定子绕 轮接力器操作油管均通过进出竖井引出。 组为星形连接，６个出线端，各相主引出线从垂直进出竖 第二，发电机在经过长时间的运行后，由于机体的 井引出；中性引出线引至布置在灯泡头内部的电流互感 温度的升高，使得定子铁芯在高温的作用下不断膨胀变 器，在电流互感器之后短接成中性点。 １６７— ４改造方案及改装后的发电机定子参数以及 特忭 ４．１改造的具体措施 长而增大。各相泄漏电流的差值应不大于最小值的５０％。 定子单个线棒应在ｌ＿５倍额定线电压下不起晕；整机耐压 时，槽部和端部应在１．１倍额定线电压下不起晕。 袁１ 额定容量 额定电压 额定电流 经过对发电机定子铁芯的勘察和研究后，技术人员 提出了改造的具体措施为：整体更换定子铁芯和线棒， 计算发电机的刚度；综合考虑定子铁芯和线棒，改善线 棒和铁芯的温度；综合京南电站的水文情况，成立专业 技术团队，与技术厂家进行调研和分析，确保方案能够 顺利实施。 ５７．５ＭＶＡ／￣４．５ＭＷ 额定功率因数 相数 额定频率 飞逸转速 转动惯性 定子绕组绝缘等级 ４．２电气试验 经过改造后，采用了一系列的电气试验：包括绕组 对机壳及绕组相互间绝缘电阻的测定；绕组在实际冷态 下直流电阻的测定；稳态短路特性及空载特性的测定； 发电机绕组直流耐压试验及交流耐压试验；定子铁芯磁 化（铁损）试验测温元件绝缘电阻测定；轴承绝缘电阻 测定及温度测定；轴电压测定；定子绕组匝间绝缘介电 强度试验；转子每个磁极交流阻抗测定；定子对地电容 电流测定；定子绕组擎体起晕电压试验等。 ４．２．１机械特性。 第一，发电机定子及与其直接和间接连接的辅机应 能在最大飞逸转速下运行５ｍｉｎ而不产生有害变形及接头 开焊等情况。 第二，发电机定子应从机械角度设计成能连续承受 工作应力和安全系数中规定范围内的应力，发电机定子 结构强度应能承受在额定转速及空载电压等于１０５％额定 电压下。 第三，当发生机端短路或半数磁极短路时，发电机 定子应不产生有害的变形和损坏轴承。发电机定子结构 强度应承受地震烈度Ⅵ度的情况下，不产生有害变形和 造成破坏性损坏。 ４．２．２定子结构要求。定子包括了机座、铁芯、绕 组等部件，机座的刚度应满足放置的位置以及起吊的方 式中的受力和变形的要求，叠片采用了高导磁率、低损 一一 ～一～呗惟一一～２ ６ 耗、冷轧薄矽钢片；定子绕组采用星形连接，线棒的主 绝缘采用真空压力浸渍法以及其他技术，绝缘材料采用 玻璃丝带、云母板、环氧树脂等材料，槽垫片不能使用 低于Ｆ级绝缘的材料。定子绕组导体材料采用的是退火 铜，导电性能良好，没有裂片、裂纹、粗糙的斑点和尖 角。所有定子的端箍均使用非磁性材料制造。 ４．２．３定子更换后的电气主要参数。定子更换后的 电气主要参数如表１所示。 ４．２．４ 电气特性。当定子绕组接成正常工作接法 时，在空载及额定电压下，线电压波形正弦性畸变率不 超过５％。在空载额定电压和额定转速时，线电压的电压 谐波因数不应超过１．５％。发电机定子绕组应能承受以下 规定的交流５０Ｈｚ工频电压有效值历时ｌｍｉｎ试验而不被击 穿。在交流耐压前应对定子绕组进行３倍额定电压的直 流耐压和泄漏电流测定。试验时按每级Ｏ．５倍额定电压分 阶段升高，每阶段停留ｌｍｉｎ，其泄漏电流应不随时间延 ｌ６８ 定子绕组接线 短路比 定子绕组温度 定子损耗＋漏损 ４．２．５定子温度检测。每台发电机均应配有电阻式 测温元件，供计算机温度巡检以及报警和跳闸用，定子 绕组和铁芯的温度测量采用埋置检温计法。电阻式温度 信号探测元件均采用单支铂电阻，在０℃时，其电阻值 １００±０．１ Ｑ，每个探测元件均用４根引线接至发电机端子 箱中的端子排上。测温元件的外壳应绝缘。导线应绝缘 和外套应耐油，并具有屏蔽使电磁干扰最小。检温计的 敏感点应与线圈或被测表面紧密接触，并有足够的防护 措施，以防受到冷却介质的影响。 ５结语 实施改造工程后，定子铁芯的工作效率得到了提 高，磁路的饱和程度得到了降低，而且铁芯没有再出现 短路等情况，也没有出现定子中间的缝隙不畅的情况。 因此本次改造工程的效果是令人满意的，取得了较为理 想的故障处理效果。 参考文献 【１】 党晓强，邰能灵，王海田，等．大型水轮发电机定子 接地方式及其继电保护的相关问题分析… 电力自动 化设备，２０１２，３２（７）． 【２】阮琳，陈金秀，顾国彪，等 １（１（１（）Ｍｗ水轮发电机定 子空冷和蒸发冷却方式的对比分析Ｕ】．电工电能新技 术，２０１４，（９）． 【３］ｌ石伟．水轮发电机定子冲片的厣ｌ漆技术Ｕ１ 科技创新 与应用，２０１４，（２９）． ［４】韩波，李香华．水轮发电机定子绝缘盒开裂流胶缺陷 分析及处理卟大电机技术，２０１４，（３）． ［５】李伟力，宋厚彬，杨逢瑜，等．水轮发电机通风散 热系统多场耦舍的数值分析Ｕ】．电机与控制学报， ２０１３，１７（１０）． 作者简介：覃飞庆（１９７６一），男，广西梧州人，供职于 广西梧州桂江电力有限公司，研究方向：库区事务部电气设备 维护。 （责任编辑：小燕）