汽轮发电机故障诊断技术研究

汽轮发电机故障诊断技术研究

摘要

汽轮发电机是当前最主要的一种发电设备，如何快速准确地诊断其故障将影响我国电力系统的健康发展。汽轮发电机是一种大型复杂机电设备，选择合理故障诊断方法和技术将可较大程度提高诊断的速度和准确性。本文在分析当前故障诊断技术和汽轮机结构组成基础上，对目前汽轮发电机故障诊断技术的发展和应用情况进行深入分析，总结了较为成熟的故障诊断方法和技术。最后还分析了当前诊断技术存在的问题以及未来发展趋势，未汽轮发电机故障诊断提供一定参考。

关键词：汽轮发电机故障诊断技术

目录

摘要 (1)

1.绪论 (3)

1.1研究目的 (3)

1.1研究现状 (3)

2.汽轮发电机结构组成 (3)

2.1 汽轮发电机定子系统 (3)

2.2 汽轮发电机转子系统 (4)

2.3 汽轮发电机冷却系统 (4)

3.汽轮发电机故障诊断技术 (4)

3.1 汽轮发电机故障模式与分析 (5)

3.1.1 定子系统故障模式及分析 (5)

3.1.2 转子系统故障模式及分析 (5)

3.1.3冷却系统故障模式及分析 (5)

3.2 汽轮发电机故障诊断方法 (5)

3.2.1诊断方法 (6)

3.2.2 诊断技术 (6)

4.汽轮发电机故障诊断技术存在的问题与发展前景 (6)

4.1故障诊断系统存在的问题 (6)

4.2 故障诊断技术发展前景 (6)

5.总结 (6)

6.参考文献 (7)

1.绪论

1.1研究目的

电力的稳定供给是国民生产生活最基础保障之一，同时是实现节能减排的关键措施。当前发电技术中通过汽轮机进行发电是最常用的一种发电方法。汽轮发电机是一种复杂的机电设备，由很多功能模块组成，结构较为复杂。汽轮机一旦发生故障，需要及时进行排除，否者将严重影响电力供给，会造成较大经济损失。由于系统较为复杂，汽轮发电机的故障诊断和维修较为繁杂，需要采用先进的诊断方法才能实现快速诊断。研究汽轮发电机故障诊断技术将有助于汽轮发电机的故障诊断，进而促进电力系统健康发展。

1.1研究现状

早期对汽轮发电机进行故障诊断时，主要通过人工逐步排查的方法进行，这种方法工作效率较低，通常需要很长的时间进行诊断，同时还可能导致人员伤亡等重大事故，诊断成本较高。后来，诊断技术不断引进相关数学方法和计算机技术，加快了诊断技术的发展。早在上世纪八十年代美国就开始引进专家系统对汽轮发电进行故障诊断，取得较好的诊断效果。我国在上世纪末也开始应用先进的故障诊断技术来对汽轮发电机进行故障诊断，较大程度促进了我国发电技术的发展。

2.汽轮发电机结构组成

汽轮发电机是一个较为复杂的系统，不同系统出现故障导致的结果不同，其诊断和维修的方法也各有差异。为更好的诊断和维修汽轮发电机，首先需要了解汽轮发电机的结构组成分析各功能模块可能的故障情况。汽轮发电机主要由发电机定子系统、转子系统以及冷却系统组成，因此本节主要介绍汽轮发电机这三部分结构组成，并对各模块功能进行分析。

2.1 汽轮发电机定子系统

发电机定子系统是产生磁场的功能模块，主要由定子绕组和相应的机坐模块组成，其结构图如图2.1。定子系统最外围是机坐和端盖，机坐上安装定子绕组部分，定子两端安装有端盖，可以保护定子端部。由于机坐和端盖都需要承载一部分载荷，并且需要保证使用过程中不发生过大变形，因此都需要采用强度较高的材料。

图2.1 汽轮发电机定子系统

汽轮发电机的定子绕组和定子铁芯是定子系统最关键的部分，主要安装和固定在机坐上。定子绕组通电后，可以产生发电所需要的磁场。定子绕组的绕线方式和安装方式有多种方式可以选择，一般根据发电机的功率和使用情况来确定。定子铁芯可以增强绕组产生的磁场，对绕组有一定支撑作用。

2.2 汽轮发电机转子系统

汽轮发电机转子系统主要由转子绕组、转子本体以及相应的配件组成，组成结构如图2.2。转子系统在汽轮机工作过程中，需要高速旋转，因此会产生较大冲击，需要在材料、结构和安装等方面做出合理安排。

图2.2汽轮发电机转子系统

转子本体是带动整个转子系统进行高速旋转的关键部件，目前主要采用高强度合金钢来制作。转子绕组主要是由铜线按照一定方式捆匝而成，为防止在高速旋转过程中，绕线甩出，需要对绕组进行一定处理。同时转子系统还有电刷、中心环以及联轴器等关键部件。

2.3 汽轮发电机冷却系统

汽轮发电机在工作过程中，定子系统会发生高速旋转，因此产生大量的热量，如果不进行及时冷却，温度过高时将破坏发电机系统。目前汽轮发电机冷却方式主要有三种，一种是风冷一种是水冷，另一种是氢气冷却三种冷却方式各自具有其本身的特点。风冷方式较为简单，适用范围较广，但是冷却效果有限，一般不适用大功率的发电机冷却。氢气冷却冷却效果较好，在大功率汽轮发电机中得到广泛应用。水冷效果介于两者之间，结构复杂程度也介于两者之间，是目前使用最广泛的一种冷却技术。

3.汽轮发电机故障诊断技术

汽轮发电机组成结构较为复杂，故障出现的种类较多，如果不采用较为科学合理的方

法，很难在短时间内排查出故障发生的部位和种类，影响维修进度。经过多年发展，汽轮发电机故障诊断方法和诊断技术已经得到较大程度的发展，本节主要分析目前较为成熟的诊断方法和诊断技术。

3.1 汽轮发电机故障模式与分析

汽轮发电机作为大型机电设备，故障发生的方式有多种可能，分析各种故障模式，将有助于故障诊断和后期维修。定子系统、转子系统以及冷却系统等处的故障是发电机最常见故障，因此本节主要分析发电机这三个功能模块的故障模式，并对各种故障产生的影响进行分析。

3.1.1 定子系统故障模式及分析

汽轮发电机定子系统主要有定子绕组、铁芯以及机坐模块等组成，机坐和其他隔振、防护部件发生故障的可能性较低，本文不进行详细分析。定子绕组是定子系统发生故障最频繁的部分，主要有绕组接地故障、绕组短路故障以及温度过高导致的故障。定子一般需要接地，如果此处发生故障，可能导致绕组中产生较大的接地电流，接地电流过大会严重损害定子铁芯，同时对定子产生的磁场有一定干扰。如果定子绕组发生短路，定子绕组中的绕线可能被烧毁，进而导致无法产生相应的磁场。绕线老化、接头损坏是这一类故障的主要原因。

3.1.2 转子系统故障模式及分析

前文已经分析转子部分的主要结构组成，而转子系统的故障主要集中在前文分析的转子本体、转子绕组以及联轴器等部分。转子本体主要可能因为转动过程中，由于转子不平衡产生较大的振动而导致故障。或者在转动过程中，由于电流过大，导致其被烧伤。还可能由于振动或强烈冲击，导致转子断裂。导致以上故障的原因有多种情况，一种是由于转子本体生产过程质量不合格，导致其原始质量分布不均，进而在旋转过程中，会使得其无法实现动平衡。还有可能在工作过程中，转子没有被及时冷却，导致热不平衡故障。如果转子安装过程中，出现转子骗心的情况也会导致转子工作时产生较大振动和冲击。转子绕组工作过程中，可能由于绕组短路或者接地处断开等原因而产生故障。

3.1.3冷却系统故障模式及分析

冷却系统主要是维持发电机内部温度在一定范围，如果冷却系统导致故障，发电机内部温度失控，将会严重影响汽轮发电机的正常运行。对于常见的水冷系统，常见的故障有管道阻塞或者管道漏水。如果引水管破裂，冷却系统中的水将会流入到其他系统，可能会造成电路短路，进而影响发电机运行。如果水管发生阻塞，发电机冷却系统将无法实现冷却水循环，冷却系统将失效。风冷系统主要故障是风机停止运转或者通风回路发生阻塞。

3.2 汽轮发电机故障诊断方法

汽轮发电机故障诊断技术经过多年发展，目前已经有很多成熟的诊断和维修方法。本节将主要分析目前汽轮发电机的诊断技术和方法。