发电机定子线圈绝缘击穿原因分析

李京哲 杨凤君 王 勇

（哈尔滨电气股份有限公司，黑龙江 哈尔滨150000）

电站在生产电力的过程中，主要是依靠发电机组的稳定运行，提供稳定的电力。一旦发电机出现故障，则很可能够造成电力生产过程的问题发生，如电压不稳定、电流不正常等。发电机故障现象中，定子线圈绝缘击穿是较为复杂的故障，严重影响到电站的发电。对此，企业应加强该故障现象的研究，找出导致该故障现象的原因，从源头上给予控制，确保电力生产过程的平稳，最终推动电力企业的发展。

1 电站简介

某电站装机容量可达2x3.2MW，每年运行时长达5000h 以上。由于该电站建立较早，一些零件存在陈旧现象，对于电站的维护同样存在一些困难。电站发电机应用的是1#发电机定子线圈，属于B 级绝缘，由于电站运行过程中，属于对B 级绝缘维护，电站运行过程中存在多种问题。发电机在运行过程中，还出现了定子线圈击穿故障。

2 定子线圈击穿故障的现象

案例发电机型号为TS325-3150/36，其定子接线为Y，冷却方式采用空气冷却，额定电压为6.3kV，额定功率因数为0.8。线圈绝缘为B级绝缘。线圈击穿事故发生前，系统运行正常，保护系统灵敏、可靠运行。由于天气变化，伴有雷击现象，导致电站被雷击损害，造成电站线路过电流保护，线路开关产生跳闸，发电机出现空载运行现象。另外，值班人员在正常的工作过程中闻到绝缘焦臭的味道，在仔细检查后发现，该味道源于发电机内部。值班人员决定立即打开发电机盖板，打开后，出现大量烟雾。在综合分析基础下，判断为发电机内部绝缘产生变质现象，导致线圈短路。

3 故障现象及原因分析

3.1 故障现象。（1）在对发电机线圈进行检测时，分析10 支线圈绝缘均有明显下降现象，而其中一只线圈出现对地击穿现象，观察线圈表面，发现绝缘线圈绝缘层老化明显，伴有黑色软泥物质。（2）结合现场情况来看，一些线圈还存在固定绑绳松动、线圈上层与下层之间窄边处主绝缘存在磨损严重现象，观察宽边位置后，发现其防晕层良好。（3）在线圈下端部发现线圈击穿点，进一步观察可知，其防晕层有近10mm 消失，主要绝缘层脱离，基层位置的线圈清晰可见，主要表现为铜线圈，故障点四周还存在垫条、黑色泥土物质。其余线圈没有发现明显的击穿点，但情况大体相同，均呈现绝缘层老化现象。

3.2 故障原因分析。（1）结合发电机的生产厂商，维修养护记录可知，该发电机的安装过程中，采用了沥青绝缘线圈，做好防潮处理，喷涂过绝缘漆等，现阶段而言，该设备由于绝缘老化等原因，存在绝缘强度下降现象。（2）电站不避雷设施不健全，该电站的建设过程中，只有在升压站末端装设了一组避雷器，线路在遭到雷击后，其电流则会直接深入到发电机内部，很可能导致发电机线圈遭到击穿的现象产生。（3）线路过流保护时限较短。雷击电流可往往较快，可能在0.9s 以下便传递到发电机线圈中，保护系统在0.9s 后启动，不能够形成有效的保护，进而不利于发电机的健康、平稳。（4）正常情况下，发电机运行，转子会在定子内腔旋转，定子、转子之间会产生相互作用的关系，此时，定子机座将受到转力波的作用，进而导致周期性的振动现象产生。而振动幅度的高低则取决于转力波的大小。定子铁芯槽内的线圈是层叠绕形式，上、下层之间还存在1 根不同相，这表明，机组运行过程中，定子绕组三相电流在同一线圈槽内时刻存在着相互吸引或相互排斥的现象。而由于相位之间的差异现象，吸力则会有1 个周期性的强弱变化，因此，线圈槽内存在低频振动现象，这种低频振动现象在长时间存在的情况下，也会导致线圈的损坏现象发生，进而在雷击等天气现象发生时，产生被击穿的概率会大为上升。（5）基于线圈振动因素而言，机组在常规运行状态下，电流、机械、电磁三部分存在互相影响的关系。具体而言，转子的运行过程中，存在质量不均的情况，会产生重心位移现象，重量的不平衡，则可能在旋转过程中产生单边离心力，此时支撑力会发生改变，进而导致转子振动现象发生。转子振动则会引起机械设备的振动，导致线圈磨损现象发生。这也可能导致雷击天气条件下，发电机定子线圈被击穿故障发生。

4 故障点的查找及处理

为了能够准确判断故障点，决定采用2500V 摇表进行测定定子线圈的绝缘值与吸收比。测定过程中，优先采用500v档位，测定发电机定子线圈，测量后发现，该发电机线圈绝缘值仍满足规范要求。对此，为了能够有效测定出故障点，决定采用QJ44 型号双臂电桥测量发电机定子线圈直流电阻值，测定结果表明，其B 值相对偏大，三相平衡度可以达到21.75%，因此，初步测定怀疑，其故障点出现在B处。为了加快测定速度，决定拆除发电机上挡风板，再对定子线圈测定。拆除后，发现定子线圈上端部分出现多处的黑色物质，该黑色物质呈现软化特点。经仔细分析后，判断该黑色物质为定子线圈绝缘沥青老化后，受热溢出，落到此处，但此处未发现线圈灼伤、线圈被击穿等现象。然后决定从发电机定子线圈下端进行检测，查找灼烧击穿位置，在检查中发现线圈下端位置存在明确灼伤现象。结合线圈的灼伤程度，技术人员认为，这种现象不能够再次启动发电机，无法生产电力资源。对此，决定给予处理，具体处理过程中，拔出转子，在给予处理后，方可英语，也可以采用直接更换的方法。

5 防止发电机定子线圈绝缘击穿的建议

5.1 优化设计。从设计角度出发，优化设计，则利于提高发电机的运行质量，确保效率，保障发电机运行过程中的稳定安全。具体设计过程中，设计人员可以充分结合现代化材料、技术等，提高发电机系统的建设质量。例如，可以结合现代化绝缘材料的应用，提高绝缘材料的耐磨性，减少绝缘材料的磨损、腐蚀等现象产生。优化设计，还应注重各个结构之间的影响关系、质量均匀关系等，最终保障发电机运行过程中的稳定、安全。

5.2 建立科学的保养维护制度。电站发电机建立完成后，企业应给予科学的维护保养，以能够确保发电机的运行状态，减少一些故障的产生。对此。为了能够有效实现对发电机设备的维护保养，企业则应建立相关维护保养制度，从管理体制上认真落实相关发电机的维护与保养工作，确保发电机的运行状态。另外，维护保养团队还应加强对发电机维护保养方法的学习，加强对一些故障的研究，提升对发电机运维效率，真正保障电力企业的利益。

6 日常工作中发动机的维护保养方法

对于发电机运行维护而言，日常维护工作同样重要。具体而言：（1）每次开机前应检查润滑油、冷却液液位；检查空气滤清器阻塞指示器；检查散热与外部通风情况；检查燃油供油情况。长时间运行每6～8 小时检查一次。（2）每运行50 小时，应排放油水分离器中的积水；每运行50～600 小时应一同更换润滑油及润滑油滤清器、清洗或更换燃油滤清器、并检查清理燃油管路。（3）每运行400小时检查清洗散热器芯片，排放燃油箱内淤泥物。（4）无每运行800 小时检查涡轮增压器是否泄漏，检查进气管道有泄漏。（5）每运行1200 小时调整气门间隙；2000 小时或至少24 个月更换空气滤清器、更换冷却液及冷却液过滤器，彻底清水道。（6）每运行2400 小时检查喷油器，彻底检查清洗涡轮增压器。二、发电机的维护保养交流发电机的内外部都应定期清理。将所有电源断开，把外表所有灰尘、污物油渍、水或任何液体擦掉，通风网也要清洁干净。发电机线圈回潮引起的绝缘电阻下降，必须将发电机进行烘干。（7）控制屏的维护保养，机组控制屏的日常维护保养应保证表面清洁，使仪表显示明确直观，操作按钮灵活可靠机组与运行中震动会引起控制屏仪表零位偏移，紧固件松动，所以应定期对控制屏校表，紧固连接件、连接线。

7 结论

综上所述，发电站的生产运行过程中，发电机是重要的电力生产设备，一旦发电机组出现问题，则会直接影响到电站的发电，影响到人们的稳定用电。导致发的机故障的原因有多种，其中定子绝缘击穿是较强严重的故障，且具有检修困难的特点。基于此，发电站在经营管理过程中，应注重对该故障问题的研究，认识到避免该故障现象的策略，积极引用，提升电站的运营效率，真正为人们的生活质量提高提供保障。