发电机漏磁引起的端盖和螺栓发热故障分析及处理

发电机漏磁引起的端盖和螺栓发热故障分析及处理摘要：介绍了不同类型发电机漏磁引起端盖和螺栓发热的几起案例现象及相应处理情况，分析了发电机漏磁引起端盖和螺栓发热的原因，提出了解决办法、安装验收注意事项和建议。

关键词：发电机漏磁端盖螺栓发热0 引言大型发电机由于定子线圈的节距大，每个相带的线圈数量比较多，导致绕组端部较长，在定子线圈端部形成一个旋转漏磁场。

另外，隐极式转子在转子线圈端部也有一个随转子旋转的漏磁场。

以上两个旋转漏磁场在发电机端部形成一个合成的旋转漏磁场，其中定子端部漏磁场为主要成分。

由于漏磁通总是沿着磁阻最小的路径通过，因此，定子和转子漏磁通的耦合主要集中在端部最边段铁芯处和定子的压圈内圆、压指等处，导致这些部位附加损耗增大，温度升高。

虽然，发电机厂为减小漏磁附加损耗，从技术角度对发电机结构采取了相应措施。

例如，定子铁心端部采用阶梯段结构，逐步增大气隙，增大漏磁通磁路电阻，可以减少从轴向进入定子铁心的漏磁通；定子铁芯压圈、压指、压板以及转子护环，采用电阻系数低的非磁性钢板或铸钢材料，可以分别对定子端部和转子端部漏磁通起到削弱作用；采用硅钢片叠压导磁性较好但导电性能差的磁屏蔽，可以通过导磁减少漏磁损耗；采用铜或铝制成的导电性能好但导磁性能差的电屏蔽，可以利用电屏蔽内的涡流阻止漏磁进入压圈等。

但是，部分发电机由于设计等原因，端部漏磁仍然偏大，时常有发电机出现端盖或螺栓发热现象；特别是当发电机非正常方式运行（进相运行、空载试验、短路试验、非全相运行等）时，定子磁通和转子磁通在端部的合成漏磁通增大，结构件中涡流损耗过大，问题暴露更明显。

不仅降低了发电机效率，还影响到发电机运行的安全性和可靠性。

1 故障案例1.1案例一：发电机内端盖和机端结合面出现灼烧痕迹1.1.1设备概况某电厂2×330MW汽轮发电机组，发电机型号T255-460，额定电压24KV，额定电流9339A，励磁电压542V，励磁电流2495A。

两台机组于2011年10月双投。

1.1.2故障描述2017年5月，1号发电机A级检修时，发现汽、励两端金属内端盖和机端结合面均出现多处灼烧放电痕迹。

除此之外，还有另一个问题，当时没有引起业主和检修技术人员的注意，即汽、励两端金属内端盖和机端结合面喷涂了防锈漆。

见下图。

1.1.3故障处理由于2016年2号发电机A修时未发现汽、励两端金属内端盖和机端结合面放电灼烧现象，也未留下当时的影像资料作比较，现场检修技术人员一时无法理解。

经过与发电厂技术人员交流，决定将发电机内端盖和定子机壳绝缘起来。

首先，安排检修人员将发电机内端盖和定子机壳灼烧部位进行打磨清理，然后在结合面增加了2mm厚绝缘垫片，同时给螺栓增加了绝缘套筒和绝缘垫，确保发电机内端盖与机壳彻底绝缘，避免再次出现环流发热现象。

1.2案例二：俄制发电机端盖螺栓温度高1.2.1设备概况某电厂2×500MW汽轮发电机组，发电机型号TBB-500-2EY3，额定电压20KV，额定电流17000A，YY接法。

两台机组分别于1995年12月、1996年5月投运。

1.2.2故障描述两台机组168小时试运过程中，均发现发电机励侧端盖螺栓有个别发热现象，最高温度超过110℃。

经对端盖结合面清理、打磨，安装运行后，取得一定效果。

后来两台机组经过解体检修，发电机运行中，励侧端盖螺栓再次出现发热现象，夏季满负荷时励侧端盖螺栓最高温度超过130℃。

1.2.3故障处理在168小时试运后，首先清理励侧上下端盖接触面，并在励侧端盖突出部分发热表面加装160×160×12mm铜板，取得一定效果，端盖螺栓温度维持在60℃左右。

机组经过检修以后，针对在运行中发电机励侧端盖螺栓再次出现发热现象，通过更换不锈钢螺栓、清理螺栓结合面、各螺栓连接短路接地等方法均未见明显效果。

后发现是国产化后的端盖密封胶条尺寸偏大，影响了端盖和机壳接触。

继续选用俄制密封条后，再无发热现象。

1.3案例三：国产空冷发电机端盖螺栓发热1.3.1设备概况某电厂2×350MW汽轮发电机组，发电机型号QFa-350-2 ，额定电压22KV，额定电流10806A，额定励磁电压371V，额定励磁电流1749A。

两台机组于2013年双投。

1.3.2故障描述两台机组投产后，均发现发电机励侧端盖螺栓有个别发热现象，且螺栓周围油漆有高温变色现象，满负荷时最高温度超过104℃。

电气专业立即在发电机励端设置巡检记录本，要求巡检人员进行每日定期巡检，观察并记录温度变化趋势。

期间，电气专业人员曾经试图将发热螺栓拆下进行绝缘处理后再装上试验其效果，但由于运行中处理不方便，未见成效。

基本上同一时期，另外一电厂两台型号为QFa-330-2，功率330MW的空冷发电机也出现同样问题，夏季满负荷时，端盖螺栓最高温度103℃。

1.3.3故障处理机组检修时，首先清理端盖接触面，并检查更换了端盖绝缘垫片、螺栓绝缘套筒、螺栓绝缘垫片等。

安装后，用500V摇表检查端盖对机壳绝缘在10兆欧以上。

机组运行后，所有端盖螺栓温度在60℃以下。

1.4案例四：国产双水内冷发电机并网升压时端盖螺栓发热1.4.1设备概况某电厂125MW双水内冷发电机，1984年投产。

1.4.2故障描述2002年1月，发电机在并网前升压过程中，发电机端盖螺栓有多处发热冒烟。

经检查，发热螺栓的绝缘套筒和绝缘垫片均已不全，发电机铁芯、压圈及端部其余构件均无异常。

经分析，当时励磁电流已经达到额定空载电流的1.5倍。

1.4.3故障处理将发电机两端端盖的螺栓全部进行了一次检查，清理端盖接触面，检查更换了端盖绝缘垫片，已缺损螺栓绝缘套筒、螺栓绝缘垫片等。

重新开机并网，运转正常。

2 故障分析虽然发电机端盖距离定子、转子端部较远，磁场强度较小，但是端盖的整体面积较大，其相应的磁通量也大，感应的电势也相对较高。

案例一，发电机厂家原设计金属内端盖和机壳结合面要求紧密结合，是不绝缘的。

理论上，发电机端盖和机壳是一个整体，端盖和螺栓均不应该发热。

该厂2号发电机大修时，端盖与机壳结合面未发现灼烧痕迹，螺栓也未见发热现象，说明发电机厂的设计本身是没有问题的。

但是，当端盖与机壳结合面接触不好时，感应的电势也相对较高；此时，环流就会通过端盖与机壳接触面、端盖螺栓处通过，当电流较大时，端盖与机壳接触面、螺栓就会明显发热。

案例一中，由于发电机端盖与机壳结合面接触不良，在分布电势较高的情况下，最终导致发电机内端盖与机壳结合面接触紧密、导电良好的部位出现了灼烧放电痕迹。

由于灼烧痕迹不具备在短时间内刷镀修复的条件，同时端盖结合面平整度也不能确保合格，所以，在和发电机厂家技术人员进行交流后，决定将发电机端盖和机壳进行了绝缘，彻底隔绝了漏磁可能引起的环流发热。

案例二，俄制进口发电机设计中，端盖和机壳结合面也是要求紧密结合，没有绝缘的。

端盖螺栓发热的原因，是安装工艺不当，起初是结合面不干净平整，后来则更是密封垫尺寸不合格，加剧了结合面压接触不良，最终导致环流集中通过端盖螺栓部位进行发热。

至于普通螺栓更换为不锈钢螺栓，没有任何意义；因为在端盖螺栓已经出现环流发热的情况下，不锈钢螺栓不是绝缘体，而是金属导电体，起不到任务阻断电流的作用。

相反，在端盖突出部分发热表面加装160×160×12mm铜板，则起到了铜屏蔽的作用，因此可以降低端盖突出部位的发热量。

案例三，国产空冷发电机内端盖是玻璃钢材质，外端盖是金属材质。

发电机厂家设计，外端盖和机壳结合面是绝缘的，目的是为了避免出现环流。

但是，由于检修安装技术人员和质检人员经常不能深刻领会发电机厂设计理念，对发电机端盖和螺栓绝缘垫、绝缘筒等不能引起足够重视，最终安装人员稀里糊涂进行了装配，质检人员不明不白进行了验收。

直到设备暴露问题后，才开始查找分析原因。

案例四，端盖和机壳本应是绝缘的，但由于部分端盖螺栓的绝缘缺损，环流自此部分螺栓集中通过。

此次故障时，发电机尚未并网，发电机端部合成漏磁通实际仅为转子漏磁通，励磁电流被误升至额定空载电流的1.5倍，端盖上的感应电流也相应增加到1.5倍，发热功率P=I2R则增加到了2.25倍，使得螺栓发热量剧增而冒烟。

3 结论和建议3.1结论3.1.1当发电机内端盖为金属材质时，内端盖容易发生端盖和螺栓发热问题；当发电机内端盖为玻璃钢等绝缘材质时，外端盖容易发生端盖和螺栓发热问题。

3.1.2 发电机金属端盖与发电机机壳结合面，要么彻底绝缘，起码也要确保不发生两点接地，不至形成环流；要么认真清理、打磨结合面，保证结合面干净平整、结合密实，确保导电良好。

3.1.3不锈钢螺栓的作用只是不导磁，导电还是非常好的，所以，不锈钢螺栓并不能阻断发电机端盖高磁通量下形成的环流。

3.1.4发电机端盖绝缘不好或结合面接触不好时，励磁电流越大，端盖和螺栓发热的程度会越高。

3.2建议3.2.1发电机端盖与机壳结合面设计为绝缘结构时，在安装的过程中，一定要边安装，边使用摇表检测端盖对发电机机壳的绝缘。

一是利于及时发现问题，二是可以避免返工。

3.2.2发电机厂应该针对漏磁引起的问题，对同类型号的发电机端部漏磁进行计算和分析，必要时进行局部改造，通过加装铜屏蔽等方式减弱漏磁对发电机结构件及周围设备的影响。

3.2.3当发现发电机端盖或螺栓发热时，要立即测量其实际温度，并安排专人进行特巡，做好趋势分析，并积极联系发电机厂，讨论制定解决方案，择机消除隐患。

3.2.4发电机起停机和试验时，一定要加强对定子电流、励磁电流，以及发电机内外各部件温度的监测，确保在要求范围之内。

参考文献：[1]电机学，汪国梁.北京机械工业出版社.1987.[2]华北电力学院动力工程系培训教材.1994.[3]电机学，阎治安，崔新艺.西安交通大学出版社.2005.[4]端部结构参数对1550MW核能发电机漏磁及涡流损耗的影响，黄嵩曾冲杨永明周光厚[5]俄制TBB-500-2EY3型发电机端盖螺栓温度高原因分析，李义中作者简介：刘明义（1971—）男，工程师，山西国峰煤电有限责任公司生产技术部电气专工，从事电气设备的技术管理。