发电机定子绕组电腐蚀原因分析及处理方法

【摘 要】在水电站系统中，发电机处于核心地位，为了保障系统安全稳定作业，对发电机的保护就格外重要。妨碍电力系统稳定运作的原因中，极为常见的就是定子绕组的腐蚀问题，所以提前预测到定子中的故障问题可以防止事故的严重性扩大，对机组在运作时候进行监测变得十分关键，本文对于其电腐蚀故障原因进行分析，提出了相应的解决方案。

【关键词】发电机；定子绕组；电腐蚀

Abstract：In the hydropower station system，the generator is in the core position，in order to ensure the safety and stability of the system operation，the protection of the generator is particularly important.Hinder the cause of the stability of power system operation，the most common is the corrosion of the stator winding，so early to predict the seriousness of the problem of faults in the stator can prevent accident expanding，to conduct monitoring and become very critical unit in operation time，this paper to analysis the corrosion failure reason，puts forward the corresponding solutions.

Key words：Generator；Stator winding；Electric corrosion

根據电机故障类型的分类，电机故障可以被分为四种分别为：轴承故障，定子绕组相关的故障，转子故障，偏心故障。这些故障类型分别对应了电机的主成分：定子、转子、轴承、保持架。发电机中，定子的地位是非常关键的，因此深入的研究定子中的电腐蚀问题的在线监控对维护机组的稳定运作有非常重要的意义。我们希望通过对其故障原因有着精准快速的反应，可以实现图形化展示，同时拥有将数据进行打印的作用，可以更加方便的让工作人员进行数据的对比，精确掌握电腐蚀数据，可以更好的保护电力系统的运作，提早进行检查维修。

1 发电机定子绕组的维护重要性

在工业届，往往是某个企业负责一个很小的零件，在一个企业内更是把一个零件拆分成了若干的生产流程，每个流程对应各自的生产标准和生产设备。但如果某个细小流程的某台设备因为不知名原因发生停机，便会造成蝴蝶效应般的影响，这也是社会分工的缺点。这时一般有几种可以选择的方案：第一，定期停机维护，但电气化时代一个工厂的设备往往是多种多样的，很难找到这样的维护人员，同时这些现代化设备要么都是机械结构复杂，控制精度为了满足控制精度也异常复杂，此类设备的人为保护和维修的检查项目相当多，也导致了很大的工作量，在对设备工作状况要求严格的场合，特别是当系统出现一些轻微故障或者偏移时，凭借人的经验和感官往往难以达到要求；第二，不进行维护，或者只进行一些细小的维护，设备有问题后再维修或者购买新设备；第三，根据生产规律，多准备一些机器，这样某台坏了便换一台。虽然方案三看似合理，但因为现代设备价格昂贵，这些都不是理想的解决方案。很多时候某些工厂会根据自己的需要购买一些高端的设备去适应市场对他们的要求，工厂的技工在面对大型而又复杂的精密设备时经常是一头雾水，他们不敢随意拆开这些设备进行检查。实际上，现代化设备是忌讳被经常拆开维护的，是不是的拆开维护总是对设备的精度和寿命等产生很恶劣的影响。有人形象的比喻设备维护就像医生给病人看病一样，最高的境界是根据外在的表现形式就能推导具体的需要维护的位置，就好比中医里“望闻问切”便能查到病人的病因，如果你总是想拆开看看情况，必须承担的代价是开刀留下的伤口以及伤口等留下的副作用对病人的影响是长期的。因而为了检测这些先进设备的状态，科学的方法先进的测量仪器是必须的。另一方面，现代化工业往往是分环节进行的，某个环节出了错会导致整个生产链的停滞，带来的后果是设备故障停产带来的损失越来越大，为了减少设备停产，只能进行更加频繁的维修和维护，维修成本在总生产成本中的比重越来越大，导致维修和维护成本急剧上升，根据相关资料数据显示，工业革命后，因设备故障与维修产生的费用占美国钢铁工业制造成本的15%左右，这些高昂的设备维修和维护费用表明，现在的维护方式急需变革，新的低成本的维修或维护方式将越来越受到广大厂商的青睐。

设备诊断技术正是在实际工业生产对设备的安全性和维修的迫切性这样的环境下成为了一个独立的研究方向，无数相关领域的科研工作者在自己的领域在夜以继日的推动着设备诊断技术的一步步发展。在如今竞争激烈的工业环境中，往往是寿命长，性能可靠，控制精度高的设备尽管他们的购买成本高，但因为维护成本低，生产的产品质量高、生产效率高而市场占有率明显占优。这其中，诊断技术已经逐渐成为设备制造企业的核心竞争力，相信伴随着半导体技术的发展，工艺的改革，诊断技术将会得到更加广泛的利用，并在不同的领域产生良好的社会效益。它的作用和产生的效益也逐渐得到了工业领域广大科研工作者的认可，随着设备诊断的覆盖面越来越广，相信设备诊断的理念将得到更多的人所接受。而电机常常作为设备的“心脏”，是设备维护中最为重要的一个环节，能否及时的诊断出电机故障或者能否在电机出现故障的初期检测出电机故障时电机故障诊断的关键。而且随着电机维修的发展，已经逐步开始从事后维修转化为了预防故障和容错运行，而电腐蚀故障作为常见的电气故障以及严重电气故障产生的重要诱因，因此对电腐蚀故障后三相电流进行仿真分析具有重要意义。

2 发电机定子绕组电腐蚀原因分析

通常来讲，电机的故障诊断过程一般被分为以下四个部分，也就是数据获取，特征提取，故障分析，决策。获取的数据有时候根据故障诊断技术各异，主要包括温度、力矩、振动、电流和电压。通常，电机故障诊断研究和实践方案主要有基于物理理论的研究方案、实验验证的实践方案和模型仿真研究的研究方案。

发电机定子绕组电腐蚀的故障原因如下，由于主励磁机输出电压频率为200Hz，每个整流周期为5ms，且每个周期出现6个尖峰脉冲，所以在20ms内会出现24个尖峰脉冲。对于3000r/min的发电机，定子旋转一周（20ms），定子电压会出现24个尖峰脉冲。结合定子表面24个规则的电腐蚀斑痕，因此认为造成电腐蚀的直接原因是经过三相桥式整流的电压含有高频尖峰脉冲所致。由于定子接地保护原理要求装置需长期引入定子电压，同时因采样电阻R的存在，造成整流桥输出正负极间通过机头定子始终有电流流过。加之机头定子材质其通流容量设计值较低，因此在励磁电压的尖峰脉冲长期作用下，机头定子出现规则的电腐蚀痕迹。除此之外，还有部分突发性的事故，好比匝线之间绝缘片的移动、定子顶部热量太高发生变形、很小的电子颗粒或废渣误进定子中的线圈顶端和透风缝隙中会产生电腐蚀等问题。当机组进行静止状态启动时，或者恒定运作时，线圈中的匝线会发生对向运动，使两个匝线之间相互磨损绝缘，使匝线电腐蚀碰触。若无视这种电腐蚀问题让其发展到一种状态时，会出现“单极电流”和“单极电势”的情况，出现机组有用磁势衰弱，妨碍系统无用功的输出，从而产生磁场不均衡使得硬件震动，以至主要轴承产生磁化。

3 发电机定子绕组电腐蚀处理方法

由于定子出现电腐蚀痕迹主要是由于存在尖峰脉冲的励磁电压通过定子及定子接地保护装置中的电阻构成回路，加之定子通流容量较低，在尖峰脉冲的长期作用下出现电腐蚀痕迹。因此解决定子电腐蚀可从几方面着手进行。

（1）采取措施消除励磁电压波形中的尖峰脉冲。通常情况下，为降低输出电压的上升速率，防止出现尖峰脉冲，在电压输出端及二极管两端应增加阻容吸收回路。但由于无刷励磁系统的所有零部件均处于高速旋转状态，如增加阻容吸收回路，对一次设备的结构必须重新进行设计、加工、制造，工作量较大且难于保证现场的使用要求。

（2）对定子接地保护构成原理进行改造，避免采样回路在正常情况通过定子流过回路电流。如对保护构成方式进行相应的改造，使采样回路在正常情况下不流过电流则可避免电腐蚀情况出现。

（3）电腐蚀的最终后果是定子表面由于电火花而灼伤，使定子表面凸凹不平。因此通过改变定子的金属材质，采用高导电性、耐高温、耐腐蚀的合金材料可有效抑制电腐蚀的发生。但由于受定子的安装工艺限制，此方法现场很难实现。

（4）电腐蚀的直接原因为定子与碳刷之间产生电火花，使定子过热，从而烧灼定子表面。为控制电火花的产生，应尽量减小定子与碳刷之间的接触电阻。为防止定子表面过热，应适当减小接触面的电流密度。

4 总结

想要做出问题的判断那么问题产生的原因是基础，当我们了解大多数出现问题的原因和发生故障时的特征，才可以对电腐蚀原因明白、深入的了解，研究出适合大部分机组的解决方法，才能有针对性的解决检测时的精确性和敏感性的问题。根据之前的探讨可以了解到，目前对问题原理的讨论仅仅对应的是某一种电力系统，并且做出了简单化整理，这种情况得到的问题特征会十分模糊，所以对问题原因的探讨是解决绕组中電腐蚀问题的根本。

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作者简介：

舒朝暾（1977年8月-），男，汉族，湖南怀化市洪江区人，大专，助理工程师，主要从事电气一次维护与管理工作。

（作者单位：怀化沅江电力开发有限责任公司洪江水力发电厂）