浅论汽轮发电机的运行故障

2021-07-12刘玉新

科技视界 2021年3期

刘玉新

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040）

电力能源在社会生产生活中发挥着重要作用。新时期，人们对于电力资源的依赖程度不断加深。汽轮发电机是发电器的一种常见系统，能在其设备运作中，将其他形式的能源转化为电能，满足社会生产需要。然而从汽轮发电机作用过程来看，在实际运作中仍存在一定故障，这些故障降低了汽轮发电机的运行性能，影响了电能生产效率。基于此，有必要进行汽轮发电机运行故障分析，进而实现汽轮发电机运行故障的有效处理。

1 汽轮发电机运作原理

作为电能生产的重要设备，汽轮发电机包含了定子、转子、端盖以及轴承等诸多结构单元。其中，发电机的定子与转子通过轴承与端盖进行连接组装，该模式下，转子能够在定子中进行旋转作业，通过旋转，发电机内部会发生切割磁力线运动，并由此产生一定的感应电势，采用接线端子将电势引出，并与相关的回路进行连接，即可产生电流。基于汽轮发电器生产效率考虑，在汽轮发电机转子选择中，应确保其直径较小，而长度较长，通常，要求汽轮发电机转子的直径应保持在1.2 m以内，同时，还应对转子的长度进行控制，这是因为转子长度较长，且超过自身直径5～6倍时，设备在运作中会产生一定的振动作用，故而应结合实际的生产需要，合理控制汽轮发电机转子的直径与尺寸长度[1]。

2 汽轮发电机运行中的主要故障类型

2.1 定子绕组断路故障

定子绕组是汽轮发电机定子布局的重要形式，在设备运作中，通过过氢作用，定子绕组、定子铁芯可实现冷却。然而在实际生产中，受生产技术、热应力影响，汽轮发电机在运行中会出现定子绕组断路故障，从断路形式来看，其包含了连接不好造成接头损坏、定子绕组使得绝缘性能下降等问题。

2.2 转子绕组故障

对地绝缘以及匝间短路是转子绕组中常见的两种故障类型。从故障发生机理来看，这些故障发生的原因较多，主要原因包括：其一，汽轮发电机作业中，存在转子过热问题，受其影响转子的绝缘性能下降；其二，汽轮发电机的冷却器存在故障，如漏水等，这种故障会使得导电粉尘以及金属异物进入到转子绕组当中，由此造成转子绕组损坏；其三，在前期生产中，转子本身存在质量问题，进而造成运作中的局部故障；其四，受热应力及机械应力共同作用，汽轮发电机其他部件绝缘被破坏，影响转子作业；其五，当转子绕组中存在水内冷问题时，会出现堵塞、绝缘烧毁等问题。

2.3 转子被负序电流烧毁

汽轮发电机运行中，其三相负荷多处于对称状态。此时，一旦电力系统或者汽轮发电机本身失稳，就会出现三相负荷不对称问题。同时，当电力系统存在单相接地以及两相短路问题或单相重合闸的动作时，均无法进行三相负荷切入或者断开操作。存在上述问题时，汽轮发电机转子中不仅存在正序电流以及电压，而且有负序、零序电流以及电压，这问题的发生时间虽然较短，但其会烧毁转子，引发安全事故。

2.4 定子铁芯故障

定子铁芯故障会严重影响汽轮发电机的运行质量。从汽轮发电机运作过程了来看，铁芯压装松弛、定子铁芯齿部局部过热是引起定子铁芯故障的重要原因。此外，铁芯故障的发生还和扇形齿部折断以及定子膛内硬物打伤铁芯具有一定关联[2]。就引起定子铁芯故障的原因来看，这些问题自身也是因多种因素影响而产生的。譬如，就铁芯压装松弛而言，硅钢片与漆膜发生摩擦，会使得漆膜损坏，从而间接引起铁芯压装松弛。此外，在设计阶段，如果未能对铁芯的压紧力进行约束，则锁定螺母会出现松脱问题，这在一定程度上也会引起铁芯压装松弛问题，危害汽轮发电机运作质量。

2.5 漏氢及氢气湿度超标

漏氢及氢气湿度超标是造汽轮发电器故障的重要原因。生产实践中，漏氢及氢气湿度超标的主要影响因素包括：其一，设备密封瓦油路存在堵塞问题；其二，密封瓦与轴间间歇较大，同时密封瓦与瓦座间存在较大间距；其三，受设备使用时间较长等因素的影响，冷却器采用的密封条逐渐老化，并出现了开裂问题，最终引起了漏氢及氢气湿度超标问题。

3 汽轮发电机运行故障的主要处理对策

3.1 定子绕组故障处理

优化定子绕组线棒胶化和成型工艺是解决定子绕组断路故障的重要方式。在该工艺体系下，不仅可以实现端部渐开线的有效固定，而且能实现鼻部的切向以及径向固定。譬如就接头损坏而言，在其处理中，对其接头结构进行优化，可提升整体焊接质量，最终实现定子绕组端部以及鼻部的有效固定，而当这些接线固定良好时，可实现空心铜线检验水平的有效优化，进而提升定子绕组绝缘引水管的布局效果，这样在局部放电量检测诊断中，提升定子绕组的绝缘性能。

3.2 转子绕组故障处置

为有效处置汽轮发电机转子绕组故障，还应注重以下技术要点的有效把控：其一，在转子设计中，应就其透风构造进行系统设计；同时应对导体进行检查，确保导体透风孔无堵塞问题；此外，还应就转子部位的铜线进行打磨，确保铜线整体光滑无杂质。其二，在绕组上端设计中，应就匝间的绝缘性进行优化；该过程中，应关注转子回路中的磁场状态，预防转子绕组中所存在的绝缘部分出现威胁电压。其三，在汽轮发电机使用中，还用对绕组绝缘构件进行检查，及时地发现老化构件，并对其进行更换处理。在实际运行中，还应加强运行电机维护，解决转子绕组作业中的高温及振动问题，这样能有效提升转子绕组运行质量，确保汽轮发电机运行的稳定性和安全性。

3.3 加大负序电流的处置

当汽轮发电机存在负序电流时，其容易烧毁转子，影响整个设备的运行质量。针对这一问题，在实际处理中，首先，应注重负序保护装置的有效配置，通过相应的保护装置，可实现稳态负序电流的有消极监测。其次，还应增加一定的报警设备，通过该设备可实现断路器质量的有效控制，这样在进行断路器操作时，断路器三相闭合或断开状态可得到有效检测，避免断路器闭合不规范对汽轮发电机整体的影响。最后，汽轮发电机在运行中还会出现断路器失灵问题。针对该问题，还应增加一定的保护装置，设备运作中，一旦断路器三相无法同时断开或者闭合，则保护装置会发生作用，实现输出功率及励磁电流的有效控制，这样能实现负序电流的有效控制，满足汽轮发电机运作需要。

3.4 规范处置定子铁芯故障

进行汽轮发电机定子铁芯故障处理时，应做好定子铁芯的及时检查。在实际检查中，应做好特性发热状况的有效检测，同时当检测过程中发现铁芯存在短路问题时，还应对其进行处理，避免影响设备稳定性。此外，应加大转子结构部件的检查力度，在检查中，应确保转子结构部件没有松动、裂纹等问题。需注意的是，进行定子铁芯故障检查时，应对转子端部的紧固件进行优化处理，如采用绝缘材料或者无磁性的材料，保证端部绝缘性能，同时应对端部进行锁紧控制，避免出现铁芯松动问题。还应对汽轮发电机的定子膛进行检查，确保膛内无杂物，这样能有效地防止扇形齿部折断及铁芯被打断问题发生。

3.5 漏氢和氢气湿度超标问题处置

对汽轮发电机机壳各个结合面进行规范处置，能有效地避免设备运行中出现漏氢和氢气湿度超标问题。在实际处理中，应关注以下部位的处理：在机座和两侧端罩间处理中，其结合面的面积较大，这给整体密封性控制带来难度，故而应将其作为汽轮发电机漏氢和氢气湿度超标防治的重点。具体处置中，可先选择5～6 mm后的钢板，然后结合整合面的规格、形状和尺寸，为其加焊C形的密封罩[3]。此外，为避免出现氢气湿度超标问题，还应在汽轮发电机设备应用时，加装氢气湿度干燥除湿装置、冷凝式干燥器等设备，这样能实现氢源湿度状态的有效控制，达到氢气除湿的目的。