水轮发电机定子转子绝缘故障原因及预防

水轮发电机定子转子绝缘故障原因及预防
摘要：在电力系统中，发电机是非常重要的组成部分，发挥着非常大的作用，
电力系统供电的可靠性在很大程度上由发电机的运行决定，在发电机中，定子和
转子是非常重要的组成部分，定子转子的绝缘性能保证发电机的安全运行。

水轮
发电机在使用的过程中会受周围环境的影响，会使材料绝缘性能降低，本文针对
这一问题做出简要分析。

关键词：水轮发电机，定子，转子，故障分析，预防
一、水轮发电机定子转子的绝缘故障分析
1.1定子产生绝缘故障的原因
1.1.1非工作状态下的问题
水轮发电机不仅存在工作状态下产生的问题，其中在没有工作的状态下就有
可能产生很多问题，水轮发电机被设计出来之后，会经过制造，这个过程就有可
能产生问题，由于工人制造的问题，使制造工艺非常差，很多部位绝缘性很差，
有时还会出现定子绕组不牢固不合理的现象，这些被制造出来的产品，在高温高
压的环境下，很容易产生局部老化的现象，而且还经常产生定子的开裂、松动等
现象，随着使用时间的增加，绝缘问题会越来越明显，较严重的会产生恶性事故，并且引发火灾。

除此之外，在投入到使用的过程中，水轮发电机会由制造厂运输
到发电厂，在运输的过程中，有些由于道路崎岖，也会对水轮发电机造成一定的
损伤。

在安装的过程中由于工作人员的操作问题，也会给水轮发电机造成一定的
质量问题。

而且当水轮发电机出现较小的损伤时，在试验和验收的过程中，并不
会出现异常情况，但是在日后的使用过程中，随着使用时间的增加，这些部位就
会越来越明显，很容易引发绝缘击穿的事故。

1.1.2铁芯硅钢片局部短路
在水轮发电机的定子中，有一部分是铁芯硅钢片，这一部位的绝缘性很容易
受到损伤，在工作的过程中，很容易产生碰伤，这样一来就会造成松动，而且电
腐蚀比较明显，除此以外由于工作环境常处于高温状态下，所以也会受到非常大
的影响，这样一来，片间的绝缘性就会被逐渐破坏，从而造成局部短路的现象，
局部短路的现象，一旦出现就会在很大程度上增强铁损耗，造成局部发热比较明显，从而就会加速绝缘部位的老化，如果在日后的使用过程中没有被发现，并没
有做出合理解决，就很容易引发事故。

1.1.3定子的主绝缘被损坏
在对水轮发电机定子绕组的机组进行检修时，会经过一系列的操作，例如起吊、搬运和施工作业，这些工作由于并不能太过细致，所以很容易造成定子绕组
的绝缘表面被破坏，这些破坏由于太小，在试验时并不会体现出来，但是这些问
题就会逐渐潜伏在发电机中，在日后大功率的工作过程中，很容易造成这些部位
的破坏。

这些情况在实际的工作中时有发生，有一个发电站，其中3号水轮发电机，在比较高的负荷运行下，突然间就发生了电子的接地事故，接下来就会发生
保护动作，在日后检测事故的过程中发现，造成这一事故的问题就是其线棒下部
有一细痕，这一细痕在检测的过程中并没有被发现，但是在超负荷的运行下很容
易发生事故，会逐渐被击穿。

1.1.4电力系统发生短路故障
在电力系统的运作过程中，难免发生短路故障，如果这些故障距离发电机比
较近，就很容易引发一些事故，例如说当短路接地、不对称运行、发电机相间短
路发生时，就有可能给定子的主绝缘部位造成伤害，严重的情况下还会烧毁定子，如果定子和转子的间隔之间存在硬物，或者说被不小心被遗落在其中，在机组运
行时，就很有可能造成定子和转子的绝缘部位损害，从而引发恶性事故。

1.2转子产生绝缘故障的原因
①造成水轮发电机转子出现绝缘故障等原因也有很多，其中在水轮发电机的
转子集电环处，就很容易产生这一问题，这一部位主要由碳刷和机组产生非常大
的摩擦，其中碳粉逐渐在集电环处堆积，随着工作时间的增加，就会产生通路，
从而降低转子的绝缘性。

②在交流电源侧也容易产生绝缘故障，在励磁系统中交流电会被转换成直流电，在工作过程中，一旦发生破损就很容易造成接地故障信号，造成发电机的损坏。

③转子的绝缘性在很大程度上还会受到环境的影响，当外部环境较潮时，很
容易导致转子整体的绝缘性下降。

除此以外，当转子的碳刷在工作过程中受到卡
顿时，就会产生打火的现象，从而影响转子的绝缘性，当磨阻较大时还会破坏集
电环，从而影响转子正常工作，比较严重的情况还会造成发电机产生较大损坏，
当出现不对称故障时，也会造成转子的绝缘损坏较大。

二、预防和解决措施
2.1加强检测
在实际的工作过程中，水轮发电机的定子和转子难免发生绝缘故障，所以比
较合理的预防措施，就是不断加强对定子和转子的定期检测，这些检测应该是比
较全面的，这样才能尽可能减少绝缘故障的发生，减少恶性事故的发生。

水轮发
电机组的通风冷却效果对绝缘的影响比较大，所以应定期检测这一设备，注意关
注这些设备的冷却效果，对冷却系统进行全面检测，在检测的过程中应负起自身
的责任，不能只走形式，在通风设备运行的过程中，也应实时监测各部位的温度
升高情况，一旦发现温度过高的情况应立刻关注，并及时采取措施。

除此之外，
还要检测定子铁芯硅钢片的情况，要观察硅钢片的位移情况，一旦发生变化，应
及时采取解决措施，也要定期检查铁芯拉紧螺栓的牢固性，对定子各部位的表面
也要进行全面检查，一旦发现划痕，应高度重视。

在检测的过程中还要不断清扫
定子和转子的一些可能发生故障的部位，及时清扫绝缘层，并及时检查，注意通
过试验的过程发现其中的问题，最重要的清扫部位是集电刷和碳刷处，这一部位
一旦出现卡顿，很容易造成危险事故，所以在清扫的过程中应特别注意。

2.2制定应急方案
对于水轮发电机定子和转子运行过程中出现的问题，应采取一定的应急预案。

因为在设备运作的过程中，由于运作环境比较复杂，人工并不能及时发现问题，
所以难免出现一些问题，这些问题一旦发生，很有可能造成比较恶劣的事故，所
以应及时设立警报装置，并设置应急预案。

一旦局部温度过高，立刻触发警报，
并立刻做出合理的解决措施，防止问题放大。

参考文献：
[1]黄志伟. 基于非线性转子动力学的水轮发电机组振动机理研究[D].华中科技大
学,2018（8）
[2]付云清. 1000MW水轮发电机定子三相短路制动方式研究[D].哈尔滨理工大
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