发电机定子线圈绝缘击穿原因及策略分析

发电机定子线圈绝缘击穿原因及策略分

析

摘要：电力工业的发展使大型发电机容量不断增大。在长期使用中，由于种

种因素导致定子绕组匝间、层间绝缘老化，最终造成定子线圈绝缘失效而引起事故，给电网带来巨大损失。因此研究发电机内部故障及其产生机理具有重要意义。本文以某电站10kV机组为例，对该型号发电机定子线圈绝缘击穿进行了深入的

理论和试验研究，并提出相应的改进措施。

关键词：发电机；定子线圈；绝缘击穿；策略

一、发电机定子线圈绝缘击穿机理

1.1案例分析

某电站机组检修做定子预防性试验直流耐压工作时，发电机定子线圈B相绕

组在电压加到13kV时绕组有放电现象，仪器过流保护动作，停止加压，经过检

查没有发现放电点，通过交流耐压试验检查发现B相绕组19槽线棒靠下槽口处

绝缘损坏，另外还有几根线棒因定子挡风板松动将绝缘不同程度的磨损，为确保

机组长期安全稳定运行特制定更换已损坏线棒及定子挡风板处理方案，执行标准：GB/T7894-2001。

1.2发电机定子线圈结构

通常情况下，水轮发电机采用集中式布置方式，即所有定子绕组分别连接至

一根出线柱上。这样设计的好处在于可以减小定子绕组间的距离，从而降低了漏

磁通密度，提高了电机的功率密度。定子绕组主要分为单层、双层以及三层三种

类型。其中单层绕组最为简单，只包含一个线圈；双层绕组则在单层绕组的基础

上增加了一层线圈；而多层绕组则是将两层或以上的线圈组合起来使用。不同类

型的定子绕组具有不同的特点，应根据实际情况选择合适的定子绕组类型以保证

发电机运行稳定可靠[1]。

此外，发电机的定子还采用了一些特殊设计来提高其抗干扰能力。例如，在

定子绕组内部设置了一组或多组电容器，可以有效地减小谐波电压对绕组造成的

影响；同时，在定子绕组外部还加装了一系列滤波装置，如进气口消音器等，进

一步降低外界噪声对发电机的干扰。

1.3发电机定子线圈绕制工艺

定子线圈作为水轮发电机的重要组成部分之一，也需要得到相应的关注与重视。在定子线圈制作过程中，通常采用手工绕制方法来完成。具体来说，就是将

铜线按照一定的规律排列好并固定于模版上，然后通过加热、加压等方式使得导

线逐渐成形，最终形成一个完整且牢固的线圈结构。因此，对于发电机定子线圈

的绕制工艺要严格控制其质量才能避免此类问题的发生。首先，在选择绕线材料

时要注意其介电强度是否符合要求。通常情况下，高介电强度的铜材被广泛应用

于发电机定子线圈的绕制中，因为它们具有较低的介质损耗以及良好的导电性能。此外，还应该合理设置线圈的层距、匝间距等参数以确保线圈结构紧凑、形状规整。

在实际应用过程中，由于受到多种因素的影响，如操作人员技能水平不高、

材料质量不合格以及环境温度过高等，都可能导致定子线圈出现绝缘问题。选用

优质的原材料，确保其导电性能和抗腐蚀能力符合要求；最后，控制好绕组内部

的温度和湿度，避免因高温高湿而引起的绝缘老化或损坏现象。

在绕制完成后应对线圈进行固化处理。固化温度和时间的不合理安排也会直

接影响到线圈的电气性能和机械性能。一般来说，高温固化有利于提高线圈的耐

热性和抗老化能力，但是会降低线圈的柔软度；而低温固化则相反，虽然能够保

持线圈的硬度和耐磨性，但是容易产生龟裂缺陷。因此，在实际生产中需要综合

考虑各种因素来确定最佳的固化条件。

二、发电机定子线圈绝缘击穿原因分析

2.1水电站水轮发电机定子线圈结构

在水电站中，水轮发电机是一种常见的发电设备。其定子绕组采用的是双层排列方式，即每层都有两个线圈串联而成。这种设计可以使得磁场更加稳定，从而提高了发电机的输出效率和性能。通常情况下，水轮发电机的定子线圈采用漆包线绕制而成。这种绕制方式具有一定的优势，如工艺简单、成本较低等。但同时也存在一些不足之处，例如漆膜附着力不强、耐电压能力差等问题。这些问题都会导致定子线圈绝缘性能下降，从而出现绝缘击穿现象。此外，在长期使用过程中，由于受到外界环境因素的作用(如温度变化、湿度变化)，定子线圈表面可能出现不同程度的磨损或损伤，进而加剧了绝缘性能下降的风险。

2.2水电站水轮发电机定子线圈绝缘材料的击穿机理

为了保证水轮发电机正常运行和使用寿命，需要对其进行定期检查和维护。其中，定子线圈绝缘性能的检测是非常重要的一项工作。然而，在实际操作过程中，我们发现发电机定子线圈绝缘材料存在着一定程度上的击穿现象。首先，从物理角度来看，水电站中的水流速度非常快，而且水中含有大量的泥沙、杂物等杂质。这些物质会随着水流进入到发电机内部，并附着在定子线圈表面。当电流通过时，它们会产生很大的热量，导致定子线圈温度升高，进而使得绝缘层老化加速，最终出现击穿现象。此外，如果定子线圈长期暴露于空气中，也容易受到氧化或污染，同样可能引发击穿事故。

其次，从化学角度来说，水分子以及氧气分子都具有较强的亲电性。当它们与绝缘材料接触时，会发生强烈的吸附反应，导致绝缘材料逐渐失去活性，甚至被分解成小颗粒状物体，进一步加剧了绝缘材料的老化进程。最后，从机械角度来讲，定子线圈在长时间运转过程中所承受的负荷力度较大，同时还要经受住巨大的振动冲击力。这样一来，定子线圈所受应力过于集中，超过了其本身所能承载的范围，从而出现了击穿现象。

综上所述，水电站水轮发电机定子线圈绝缘材料的击穿主要是由多种因素共同作用造成的。只有深入研究各种因素之间的关系及其影响机制，才能采取有效措施加以解决，确保发电机的安全稳定运行[2]。

2.3水电站水轮发电机定子线圈绝缘材料的击穿原因

在水电站中，发电机是一种重要设备。而水轮发电机则是将水流能量转化为

电能的核心部件之一。因此，对于水电站而言，保证水轮发电机的正常运行非常

重要。然而，在长期使用过程中，由于受到各种因素的影响，水轮发电机定子线

圈绝缘层可能会出现损坏现象，从而出现绝缘击穿问题。其中，主要原因如下所述：首先，水电站所处环境较为恶劣。在长时间高负荷运转状态下，水轮发电机

内部温度将会逐渐升高，导致绝缘材料老化速度加快；其次，水轮发电机工作时

需要承受较大的机械力和电磁力作用，这些力量会使得定子线圈绝缘层遭到破坏；再次，定子线圈绝缘材料自身存在缺陷或者质量不过关也容易引起绝缘击穿事故

发生。

针对以上问题，我们可以采取以下措施进行解决:一是加强对水电站环境监测，及时发现并处理高温等异常情况；二是合理选择绝缘材料，提高其耐温、耐

压性能；三是定期检修维护设备，确保设备处于良好工况下运行。

三、水电站水轮发电机定子线圈绝缘改进措施

3.1降低绕组匝间短路电流

在发电机运行过程中，由于受到各种因素的影响，很容易导致绕组匝间发生

短路现象。因此，为了有效地避免这种情况的出现，需要采取一系列的措施来降

低绕组匝间短路电流。具体来说，可以从以下几个方面入手：首先，要加强对设

备的日常维护和管理工作。只有这样才能及时发现并排除潜在隐患，保证设备处

于良好的运行状态之下。同时还应该定期进行检修、保养等相关工作，确保设备

始终保持正常运转。其次，要优化设计方案。通过采用一些先进的技术手段，如

增加导体截面积、提高导线强度等等方式，来减小绕组内阻，进而达到降低短路

电流的目的。此外，还可以考虑改变绕组连接方式，例如采用双层绕法或者多层

绕法等，以便更好地分散绕组承受的电压和电流。最后，要严格控制工艺质量。

在生产制造过程中，必须按照相关标准和规范要求进行操作，确保每个环节都符

合要求，从根本上杜绝因工艺不良而引起的故障问题[3]。

3.2增加绕组匝间短路电抗