大型汽轮发电机常见故障及案例分析

摘  要：本文以大型汽轮发电机为例，分析了大型汽轮发电机常见故障，研究了大型汽轮发电机常见故障案例，以期为相关工作者提供参考。

关键词：大型汽轮发电机;常见故障;案例

中图分类号：TM311    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）06-0000-00

0 引言

发电机安全稳定的运行与电力系统的正常供电有关，并与电能的质量息息相关。汽轮机发电机是一种复杂且精密化的现代化机械设备，每项工作的开展都必须具备较高的专业知识，尤其是大型汽轮发电机发生故障时，参与维修的工作人员要具有全面的专业知识。大型汽轮发电机故障处理时，要知道各种故障的发生原因以及适当的处理策略，以确保故障能在第一时间得到有效处理，保证供电系统正常运行。

1 大型汽轮发电机简介

1.1 大型汽轮发电机结构

汽轮发电机是发电厂的重要设备，其是一种以汽轮机驱动的发电机，能把机械能转为电能，工作时机汽轮机配套使用。大型汽轮发电机一般是300 MW及以上的设备，其是我国电力系统的主力发电设备。一般汽轮发电机的结构复杂且精细，而大型汽轮发电机主要是由卧式结构制成，组成部件包括定子和转子、冷却系统等。定子是由定子铁芯和绕组以及机座、端盖构成，转子则以转子铁芯和励磁绕组及护环、中心环等构成，冷却系统是由风冷及水冷系统构成。一般风冷系统是将氢气作为介质，因此具有较高的散热效率，但其实际应用中的安全风险较大，需要高度重视检修和维护等方面的工作。

1.2 大型汽轮发电机的发电原理

汽轮发电机通常是以汽轮机为原动机，并由此拖动转子旋转，以电磁感应原理使机械能转为电能。大型汽轮发电机中的转子绕组有直流电流通过后，会形成转子磁场，而该磁场会跟着汽轮发电机的转子进行旋转，随后将磁以自转子磁极输出，通过空气隙和定子铁芯等物质的传递，把磁转至其他相邻的磁极，这时便形成主磁通回路，经该通回路实现发电。

2 大型汽轮发电机常见故障

2.1 内部因素引起的常见故障

（1）发电机的制造材料不合理，这主要是在发电机设计和制造时，未能选择最适宜的材料，造成发电机容量和工作环境等情况不匹配。一般发电机设计制造时，要对发电机的容量和工作环境、运行要求等情况进行全面考虑，加强电磁设计的合理性与实践性，确保选择的加工部件合理适宜，选用正确适宜的发电机材料。通常实际工作中常见的问题是发电机的绝缘材料不适宜，或者未达到规定要求，致使绝缘材料磨损或者变形等。（2）大型汽轮发电机的结构复杂，极易造成发电机水冷系统故障，发生水冷管堵塞或者漏水现象，这也是发电机局部过热的一方面原因，再者是会造成绕组受潮，导致发电机的绝缘材料被烧坏。（3）大型汽轮发电机的工作特点特殊，而绝缘材料通常是长时间处于高温与潮湿的环境下，此类恶劣的环境会导致机电的应力增大，这时发生绝缘失效的危险将增加。

2.2 外部因素引起的常见故障

（1）发电机未能准确无误的进行安装和调试，造成发电机在运输和安装、调试的过程中发生问题的几率增大，这是引起设备故障的主要原因。比如实际工作中发电机安装或者大修时，轴系未能准确对中，便会造成轴系弯曲振动等问题，再者是定子与转子中心未能高度重合，也会造成一定程度的轴系弯曲振动，或者导致转子及其绝缘材料发生较大破坏。（2）运行操作和管理也是一方面问题，这种情况主要是运行人员未能根据操作规章和要求进行发电机的调试和控制，或是工作人员的操作方法不佳，从而造成不同程度的人为性故障。一般运行操作与管理不佳，会导致发电机较长时间处于超负荷运行状态，这时发电机出现过热的情况较为严重，发电机的绝缘材料也会出现较早的老化。（3）发电机的维护管理也是较为重要的内容，一般维护管理过程中，维护人员未能根据标准规定操作，部分技术操作不达标，便会造成维修不当或者维修技术低等问题，或者是维修工作的质量较低，这会极易引起发电机内部绝缘材料的破坏。

3 大型汽轮发电机常见故障案例

3.1 发电机结构振动故障

当大型汽轮发电机使用时间较长时，容易出现部件松动等问题，从而导致发电机的灵活度变低，坚韧度也随之降低。实际工作中大型汽轮发电机结构振动故障引发因素较多，主要由端盖的轴承硬度不达标、定子重量分配不合理等问题造成。

故障案例：某大型汽轮发电机出现结构振动的故障，工作人员经过严格的检测发现该发电机的定子重量分配不合理，测量发现定子的组成部分存在问题，导致定子的固定作用降低，汽轮发电机中的部分器件发生松动，致使发电机工作中出现结构振动等故障。

故障处理：针对上述故障，一般要先科学合理的调整地脚螺栓的松弛度，使地脚螺栓紧密的连接大地与发电机，并对地脚螺栓的直径和性质以及发电机所处的环境等情况进行分析，合理的调整地脚螺栓的下埋深度。详细测量和分析定子重量，根据获得的结果进行科学合理的分配，基于汽轮发电机的结构振动程度，合理的调整定子的质量分配比例，对每项数值的确定要求进行严格的实验，直到获得最佳的分配比例。

3.2 发电机氢冷器故障

大型汽轮发电机的氢冷器故障是一个关键问题，氢冷器的主要作用是冷却发电机中的部分结构，因此氢冷器的质量一定要有保证，否则氢冷器会出现漏氢等问题，致使发电机发生较大的故障。此外，氢冷器漏气也是一方面因素，其主要是由于器件长时间磨损引起的。以上漏氢和漏气问题容易造成爆炸事故，引起较大的人员伤亡和经济损失。

故障案例：某發电厂的发电机出现氢冷器空气管断裂问题，导致冷却水大量喷洒，部分冷却水喷洒到励磁碳刷罩壳，顺着罩壳流进汽滤网，从而流到励磁碳刷的架子上，这时发电机的氢温提升，转子发生接地问题。经检查得出氢冷器放空气管断裂是由于气管和冷却器的螺纹连接处异常，加工期间发生管壁变薄和强度降低等问题造成的，又因为发电机产生一定程度的振动，致使金属疲劳问题加重，并由此产生断裂问题。

故障處理：针对故障分析的结果，更换掉发电机的氢冷器放空气管与冷却器的螺纹连接部件，检修冷却水造成的其他异常部件，注意各种更换部件的质量要达标。

3.3 发电机转子失磁故障

大型汽轮机发电机容易因为多种因素出现转子失磁，这主要是由于发电机转子回路发生断开，或者是发电机的集电环和绕组的引线开路、短路造成的。实际工作时也见部分转子失磁是由于集电环碳刷未能正确接触，转子开关与励磁机及其引线等出现开路，或者是与变阻器发生开路等情况造成的。一般发电机整流器出现故障也会造成转子失磁的问题，发电机开关出现开路和欠励失效等情况也会造成转子失磁的故障。

故障案例：某发电厂的大型汽轮发电机发生转子失磁问题，通过工作人员的检查发现发电机的转子开关和变阻器发生开路，深层分析后发现转子开关与励磁机、励磁机的引线均存在开路问题，致使转子失磁而影响发电机的运行。

故障处理：发电机发生异常情况时，工作人员对发电机的励磁报警系统进行了详细检查，并全面了解了碳刷的工作状态，检测励磁机的信号和转子开关、变阻器等情况，根据检测的结果进行针对性处理。

4 结语

大型汽轮发电机的故障是由于安装、调试、维护和修理不当而引起的，发生故障后要进行全面的检测和分析，根据故障的实际情况，选择科学合理的处理对策。发电厂要注重大型汽轮发电机的日常检修和维护，及时消除发电机的安全隐患，确保发电机能持续稳定的运行。

参考文献

[1] 刘立岩.大型汽轮发电机结构震动故障的分析与治理[J].中国科技纵横，2020（5）：157-158.

[2] 方敬学.大型汽轮发电机的常见故障与排除方法[J].南方农机，2019（21）：117-118.

[3] 王帆.大型汽轮发电机定子单相接地故障定位技术[J].科学技术创新，2019（24）：52-53.

收稿日期：2020-05-05

作者简介：刘玉新（1966—），男，山东蒙阴人，本科，高级工程师，研究方向：汽轮发电机制造工艺及安装维护。

Common Faults and Case Analysis of Large Turbogenerator

LIU Yuxin

（Harbin Electric Machinery Co.， Ltd， Harbin Heilongjiang  150040）

Abstract： This paper discusses the large turbogenerator， the common faults of large turbogenerator are analyzed， the common fault cases of large turbogenerator are studied， in order to provide reference for related workers.

Keywords： large turbine generator; common fault; case