水轮发电机定子常见故障隐患及处理方法

水轮发电机定子常见故障隐患及处理方法
发表时间：2019-04-01T14:47:10.980Z 来源：《电力设备》2018年第29期作者：唐先均
[导读] 摘要：根据多年处理发电机定子故障隐患经验，阐述了发电机定子常见故障隐患的类型、对发电机的危害、定子故障隐患的排查方法、定位方法及定子处理建议。

（四川久隆水电开发有限公司四川成都 610094）
摘要：根据多年处理发电机定子故障隐患经验，阐述了发电机定子常见故障隐患的类型、对发电机的危害、定子故障隐患的排查方法、定位方法及定子处理建议。

关键词：水轮发电机；定子；故障隐患；处理方法；
1、前言
水轮发电机是水电厂电力生产最重要的设备之一，设备的完好性决定电力生产的可靠性，直接影响公司的经济效益。

近年来，公司所属的多个电站多次出现过发电机定子不同程度受损的情况，一直困扰电站电力生产，增加了机组的检修费用和运维成本。

本文通过对公司各电站发生的定子故障实例进行总结，对各种故障的排查方法、处理办法及定子检修过程中的一些注意事项与心得进行了分享。

希望本文对同行业人员解决同类问题有所帮助，提醒大家提前采取有效防范措施，预防发电机定子设备损坏事故的发生，避免或者减少不必要的经济损失。

2、发电机定子常见故障隐患
2.1转子紧固件脱落造成定子扫膛
发电机转子运行中高速旋转，转子紧固件、锁片、拉杆、引线压板等必须要确保无质量缺陷，安装牢固，如果运行中有部件飞逸出来，必定会对发电机定子线棒及铁芯造成毁灭性的损坏。

公司某电站#1发电机2013年A修完工后做甩负荷试验，当机组转速上升至120%Ne时，转子阻尼绕组拉杆突然断裂，与定子线棒产生旋转摩擦和挤压，造成定子线棒端部绑扎全部剥落，192根上层定子线棒全部严重损伤（如图1）。

随后，对断裂的阻尼拉杆进行了检查，断裂位置在拉杆靠近磁轭侧的螺纹段中部，螺杆断裂处原为“V”字形拼焊状态，从断面发现，中间部位约有直径为10-12mm面未焊透，其断面呈原拼焊前的光滑打磨面。

图5铁芯损坏线棒 2.2槽口垫块脱落损伤定子线棒绝缘
定子线棒槽口垫块安装于定子线棒出槽口部位，用于加固定子出槽口处的机械强度，对于定子线棒端部的抗振动和抗冲击都有很好的加强作用。

一般将适形毡浸AB胶后包裹槽口垫块，避免槽口垫块与线棒直接接触，再使用绑绳将槽口垫块捆绑固定在线棒上，最后再刷AB胶固化，使其与定子线棒成为一个整体。

机组定子槽口垫块施工工艺不合格、刷胶不够，可能引起槽口垫块脱落，与高速旋转的转子碰撞损坏定子线棒绝缘。

公司某电站#1机组2015年初大修时，发现+X方向定子线棒下端槽口垫块缺少1块，绑绳松散脱落，此处下层线棒拐弯处有被异物撞伤的痕迹（如图2），伤痕呈三角锥形。

最终，在下挡风板内找到了脱落的槽口垫块，与定子绝缘伤痕比对完全吻合。

2.3定子线棒层间垫条松动下坠损伤定子线棒绝缘
发电机定子线棒一般分上下两层，定子下层线棒使用半导体槽衬布后包裹后嵌入定子铁芯线槽内，在上下层线棒间会嵌入半导体垫条（即层间垫条），在层间垫条上在嵌入包裹半导体槽衬布的上层线棒，最后在上层线棒上垫上半导体垫条和波纹板，使用槽楔打紧线棒，将线棒固定在定子线槽内。

新机组或定子才完成大修的机组上下层线棒压得较紧，但机组运行3至5年后，定子波纹板因热胀冷缩，长时间受外力挤压，弹性变弱，发生永久性形变。

此时，定子槽楔会发生松动甚至下滑，层间垫条发生下坠，直接落到定子线棒下端部拐弯处，机组运行剧烈震动，半导体垫条长期磨损定子绝缘材料，导致线棒绝缘材料被磨穿。

公司某电站#2机组2015年底A修时，停机后按照《电力设备预防性试验规范》要求进行交流耐压试验，在做A相对B、C相及地交流耐压试验时，升压至1.4Ue时，定子线棒被击穿。

检查发现，放电点在+Y方向定子线棒下端部拐弯处，半导体层间垫条直接插入线棒绝缘层（如图3），使用万用表测量绝缘损伤处与定子A相出线电阻，电阻值不到1kΩ。

随后对定子进行了全面的检查，发现定子大部分槽楔块松动，有多处出现层间垫条下坠的情况。

2.4遗留的灌注胶、异物造成定子线棒绝缘损伤
水轮发电机定子线棒一般都在现场施工下线，现场施工人员技术水平差、人员素质差，直接影响发电机定子的质量水平。

如果施工人员责任心不强，将绝缘盒灌注胶块、封口腻子等遗留在定子线棒内，机组运行中在机组振动下，较小的残余物可能会掉入定、转子间隙，损伤定子铁芯或定子线棒绝缘，较大的残余物会长期与线棒摩擦，损坏定子线棒绝缘。

公司某电站#2、#3机组大修检查时发现，大部分定子铁芯被异物撞击轻微变形，都有近10根线棒上下端部绝缘均有不同程度的受损（如图4），考虑到机组的运行安全，最终更换了全部受损线棒。

经检查，未发现转子、上机架、挡风板有元件掉落，但在下挡风板内发现了较多疑似环氧的碎块。

仔细检查定子，又发现定子上端部线棒与线棒之间有很多大小各异的灌注胶块，部分大的胶块已经将线棒绝缘层磨出了凹坑。

2.5定子铁芯工艺不合格造成定子线棒绝缘受损
定子铁芯施工工艺不合格、硅钢片绝缘漆受损，会引起硅钢片局部短路，涡流增大，局部过热烧坏定子铁芯硅钢片，硅钢片残片切割定子线棒造成线棒绝缘损坏。

公司某电站#1机组运行中突然报“定子3U0接地保护动作”，机组事故停机。

检查发现机组C相接地，-Y方向定子铁芯上端硅钢片局部发黑，被电弧灼伤，相邻线棒绝缘被硅钢片割伤（如图5）。

随后对该机组进行了定子铁芯铁损试验，铁损数据比理论值偏大，试验中，通过红外成像仪发现定子铁芯多处局部温度较高，定子铁芯整体温升和温差值都超出规范规定，铁芯多处有“嗡嗡”异响。

3、故障隐患排查处理方法及建议
发电机定子如果存在故障隐患，不及时排除，直接威胁机组电力生产安全，造成经济损失。

因此，要及时排除定子故障隐患，确保主机设备安全。

下面简单介绍下定子隐患排查方法及定子处理建议。

3.1观察法
直接观察法简单有效，是定子检查的主要方法之一，可以快速有效的排查定子线棒是否有灌注胶块或其它异物、定子线棒槽楔是否有松动、定子线棒层间垫条是否下坠、定子线棒槽口垫块是否有松动、定子线棒是否有明显的伤痕、定子铁芯是否有明显损伤或局部过热现象等表象隐患。

3.2试验检测法
通过直流耐压及泄漏测试、交流耐压等试验方法，可以排查出定子内部的隐蔽缺陷。

这类缺陷一般难以通过观察法发现，一些绝缘损伤比较严重的隐蔽缺陷通过耐压试验可以直接找出，当试验电压超过其绝缘承受能力时会放电或绝缘击穿，在熄灯的情况试验，可以快速定位缺陷位置。

另一类绝缘损伤较轻微的隐蔽缺陷，耐压试验能通过，但是泄漏电流数据三相不平衡，某一相泄漏电流会明显偏大，从试验数据可以判定某一相存在缺陷。

这类隐蔽缺陷比较难确定缺陷点，可以采用U行探测法进行查找[1]，此方法是在定子施压的情况下，利用自制探测器逐一排查故障点的方法，可以精确定位对地电位高、泄漏电流大的隐蔽故障点。

3.3定子处理建议
发电机定子线棒绝缘材料硬度较低，很容易损伤，针对上述常见的故障隐患，提前采取相应的解决办法和防范措施，可以有效预防设备损坏事故的发生。

发电机定子必须按照《电力设备预防性试验规程》要求定期开展检修，不得超期运行。

要定期检测、分析试验数据，及时处理故障隐患，确保发电机定子线圈内无胶块和杂物，定子线棒槽楔、槽口垫块无松动现象，转子紧固件安装紧固，定期探伤检查是否存在内部缺陷，定子铁芯无过热现象等。

建议机组大修期间开展定子铁芯铁损试验，及时处理温升和温差超标点。

4、结语
发电机定子是电力生产最重要的设备之一，定子线棒和铁芯比较脆弱，必须加强故障隐患的排查和治理，按照规范要求定期开展预防性试验、检查，才能确保设备安全，保障正常的电力生产。

参考文献：
[1]贾素云.大型发电机定子绕组绝缘缺陷查找方法[J].华北电力技术.2000（8）；42-44
[2]邵永斌.大型发电机常见绕组故障的分析及处理[J].大电机技术. 2014（6）；27-31。