浅论汽轮发电机的运行故障

刘贵亮

【摘 要】 汽轮发电机能否正常的运行有着重要的作用。本文从汽轮发电机的结构与工作原理出发，针对汽轮发电机在运行中存在的故障，提出了相应的运行故障的解决策略。该研究对优化我国汽轮发电机的运行有一定的参考作用。

【关键词】 汽轮发电机 运行 故障

从我国现有的社会经济发展来看，电能有着重要的作用。在这种社会背景下，发电机所具有的影响力也越来越大。通过发电机的应用把其他形式的能源转换为电能，发电机通常是由水轮机、汽轮机、柴油机以及其他动力机械作为驱动，把水流、气流、燃料或者原子核裂变所发出的能量转变为机械能传递给发电机，通过发电机转成为电能[1]。发电机虽然存在着不同的形式，但是从工作原理的层面来看，都是以电磁感应定律以及电磁力定律为基础。本文仅对汽轮发电机的常见运行故障进行研究。

1 汽轮发电机的结构与工作原理

一般情况下，发电机是由定子、转子、端盖以及轴承等共同构成。其中定子又进一步由定子铁芯以及线包绕组等构件共同组成。转子则由转子铁芯绕组、护环以及转轴等构件共同组成。发电机的定子与转子通过轴承与端盖进行连接组装，让转子能够在定子中进行旋转，进而以切割磁力线运动为基础产生出感应电势，用接线端子来实现引出，将其连接在回路中，促使电流的出现。汽轮发电机作为和汽轮机配套的发电机，其从效率提升的角度出发，通常会做成高速的。相对来说核电站中所应用的汽轮机的转速则相对较低[2]。一般情况下，汽轮机的转速会超过1500转/分，这就使得汽轮发电机本身从降低由于离心力而存在的机械应力与降低风摩耗的层面出发，汽轮发电机转子直径应相对来说较小，而长度则应较长，也就是说转子应是细长。尤其是当汽轮机的转速超过3000转/分以上时，受材料所具有的强度的限制，汽轮发电机转子直径必须有严格的限定，即不应比1.2米长。对于汽轮发电机来说转子的长度来说，如果本体长度超过了直径长度的六倍时，就会导致运行中振动较大，正是从这个层面出发，大型的高速汽轮发电机所应用的转子尺寸是有限度的。通常情况下汽轮发电机在5万千瓦至10万千瓦以上时采用的冷却效果较好的氢冷或者水冷技术。伴随着科学技术的发展，汽轮发电机的运用范围越来越多，本文结合汽轮发电机的结构与工作原理对汽轮发电机在运行中常见的故障进行分析与研究。

2 汽轮发电机在运行中常见的故障分析

汽轮发电机在具体的运行中所存在的故障较多，同样的故障所导致的原因也存在一定的区别。本文仅对汽轮发电机在运行中的常见故障进行分析，具体内容如下。

2.1 定子绕组常见故障分析

我国现有规模相对来说较大的汽轮发电机采用的是定子绕组的方式来用水达到冷却的目的，转子绕组与定子铁芯通过氢的作用来完成冷却[3]。受生产技术等的影响，汽轮发电机在运行的过程中受热应力等各类因素的影响会出现定子绕组断路等方面的问题。定子绕组常见的故障包括连接不好造成接头损坏或者定子绕组在绝缘方面发生一定的障碍等等。

2.2 转子绕组常见故障分析

转子绕组常见的故障主要有对地绝缘以及匝间短路等等。导致这些问题存在的原因主要包括汽轮发电机的转子绕组过热所导致的绝缘损坏；冷却器出现漏水，导电粉尘以及金属异物等等进入到汽轮发的转子绕组；由于制造质量方面存在问题导致的汽轮发电机存在局部的问题；汽轮发电机在运行过程中由于受热应力以及机械应力的作用而使绝缘被破坏；水内冷的转子绕组出现堵塞，导致局部出现温度过高，进而出现绝缘烧损的情况等等。

2.3 负序电流烧损转子故障分析

汽轮发电机一般是运行在三相负荷的对称状态。如果电力系统或者汽轮发电机本身出现不对称方面的问题时，就会导致在三相负荷不对称的状态下进行短暂的运行。在电力系统存在单相接地以及两相短路等方面问题情况下，同时在单相重合闸的动作进行中，或者是汽轮发电机的出口开关在正常与存在的情况下都无法把三相负荷进行切入或者断开方面的操作。汽轮发电机在存在不对称的运行状况时，定子绕组中不仅仅有正序电流以及电压，还存在负序、零序电流以及电压。汽轮发电机的不对称运行即使时间较短，也会导致发电机转子出现烧损，严重的甚至造成安全事故的发生。

2.4 汽轮发电机定子铁芯常见故障分析

汽轮发电机在运行过程中定子铁芯方面经常发生问题主要包括铁芯压装松弛、定子铁芯齿部的局部过热、扇形齿部折断以及定子膛内硬物打伤铁芯等方面的原因[4]。以铁芯压装存在松弛为例，是因为硅钢片上与漆膜干缩，在汽轮发电机存在振动的作用下硅钢片之间存在互相摩擦，导致漆膜被损坏。氢冷的汽轮发电机密封瓦时间长漏油会导致硅钢片绝缘被破坏，致使硅钢片的涡流加大，发热情况加剧。除此以外，设计时如果对铁芯的压紧力处理不够，导致的定子压圈由于锁定螺母出现松脱也是导致故障产生的原因之一。又如定子铁芯齿部在局部存在过热方面的故障，主要是因为毛刺、连片以及压装松弛而导致的绝缘破坏等等。

2.5 发电机漏氢和氢气湿度超标常见故障分析

导致汽轮发电机存在发电机漏氢和氢气湿度超标方面的问题的原因是密封瓦油路出现堵塞；密封瓦与轴间间歇比较大，且密封瓦和瓦座间的间隙也大；氢气冷却器等等所使用密封胶条出现老化开裂以及密封瓦和端盖的结合面存在密封胶垫方面的问题等等。

值得注意的是，汽轮发电机在运行中的故障并不止本文所分析到的常见故障，还包括其它类别的故障，如定子线圈漏水以及断水方面的故障等等。从这个角度来说，对汽轮发电机的运行故障的处理应结合实际情况进行分析，针对分析结果采取合理的应对策略。

3 汽轮发电机在运行中常见故障应对策略

结合上文对汽轮发电机结构、工作原理以及常见故障的分析，本文提出以下汽轮发电机在运行中常见故障应对策略。

3.1 定子绕组常见故障应对策略

针对汽轮发电机在运行过程中定子绕组常见故障，可以通过优化定子绕组线棒胶化和成型工艺的方式，来提高端部渐开线与鼻部的切向以及径向固定等等[5]。以上文提到的接头损坏为例，可以通过改善接头结构的方式提高焊接的质量，进而使得定子绕组端部以及鼻部能够有较好的稳定性与牢固性，提高空心铜线检验水平，优化定子绕组绝缘引水管的布局等等。又如定子绕组在绝缘方面存在的故障，可以利用测量局部放电量监测和诊断定子绕组绝缘性能。

3.2 转子绕组常见故障应对策略

针对汽轮发电机在运行过程中转子绕组常见故障，可以通过优化转子绕组在透风方面的构造来进行应对处理，检查导体透风孔是否有不通畅的问题，应对光滑铜线进行打磨，确保无杂质。应针对绕组上端匝间所存在绝缘的实际出发；优化运行过程中转子回路中消灭磁场的状态，预防转子绕组中所存在的绝缘部分出现威胁电压；应对汽轮发电机绕组绝缘部分中各个配件的老化状态进行检查；在汽轮发电机运转中加强维护工作，避免转子绕组存在高温以及震动过长等方面的问题。

3.3 负序电流烧损转子故障应对策略

汽轮发电机所存在的负序电流烧损方面的常见故障在应对中，可以确定配置负序保护装置的方式来处理。通过对稳态负序电流的及时监测，能够加装报警方面的设备，通过对断路器质量的控制，确保操作时能够较好的检查断路器三相其本身是否是全部闭合或者断开，同时在汽轮发电机中应安装断路器失灵的保护装置。在汽轮发电机的断路器三相无法同时断开或者闭合的情况下，应快速降低输出功率以及励磁电流，尽可能的降低负序电流等等。

3.4 汽轮发电机定子铁芯常见故障应对策略

汽轮发电机在运行过程中针对定子铁芯常见故障方面存在的问题，可以通过定期对定子铁芯进行检修来进行预防。针对定子铁芯在检修过程中存在的问题，对铁芯进行发热方面的试验[6]。对检查以及试验过程中确定铁芯短路点应进行及时的处理。除此以外，对汽轮发电机定转子的结构部件的检查工作也应该提高工作力度，如确定是否存在松动以及裂纹等方面的问题。端部的各个紧固件应采用绝缘材料或者无磁性的材料，同时还应做好锁紧措施。在对转子回装中，应确保没有杂物遗留在汽轮发电机的定子膛内，在机组使用过程中，如果出现定子一点接地的情况，应停机。

3.5 发电机漏氢和氢气湿度超标常见故障应对策略

避免汽轮发电机出现漏氢就需要关注机壳各个结合面的处理。机座和两侧端罩间所存在的结合面的面积大，密封的难度也高，是防漏需要关注的重点。应对策略是可以在整合面应用5mm至6mm 厚的钢板的基础上加焊C形的密封罩。对氢气湿度所存在超标方面的故障措施的处理方式应该是在制氢站通过氢气湿度干燥除湿装置的加装，来优化氢源湿度方面的状态。在汽轮发电机的氢系统内通过冷凝式干燥器的加装，来实现除湿的目标。

4 结语

汽轮发电机在应用的过程中，也会受到科学技术等发展的影响，换句话说，其本身是动态的，受社会环境以及科技环境的影响，汽轮发电机本身也不是一成不变的[7]。这就决定了，汽轮发电机在运行中所存在的故障也是多元化与复杂化的，汽轮发电机在运行中应针对实际发生故障的情况，在明晰故障分析的基础上采取合理的措施，只有这样才能从根本上确保汽轮发电机的正常运行。

参考文献：

[1]陈嘉峰.浅谈大型汽轮发电机的非正常运行及维护[J].科技创新与应用，2014（1）：108.

[2]齐彦.汽轮发电机运行事故的检测[J].防爆电机，2013（6）：50-51.

[3]谷伟，陈凡夫，孙伟鹏，冯庭有.1036MW汽轮发电机密封油系统运行方式分析[J].发电设备，2012（7）：299-302.

[4]吕慧聪.350MW汽轮发电机的设计和运行[J].科技创新与应用，2013（2）：67-68.

[5]李春辉.300MW汽轮发电机的运行和维护[J].中国新技术新产品，2010（1）：116.

[6]黄凤娟.浅谈汽轮发电机定子冷却水系统的运行状况测试及分析[J].价值工程，2011（2）：80.

[7]陈嘉峰.大型汽轮发电机组运行和检修重点注意事项[J].科技创新与应用，2014（2）：100.