阐述大型发电机的绕组电气故障

阐述大型发电机的绕组电气故障

许刚

华电福新江门能源有限公司 广东江门 529000

摘要：大型发电机绕组电气故障会影响发电机运行效果及使用价值，研究显示，大型发电机的绕组电气故障主要出现在转子、定子等位置，对此，本文将对其绕组电气故障进行分析。

关键词：大型发电机；定子绕组；转子绕组；不对称

引言：大型发电机一旦发生绕组电气故障，必然会危害发电机的正常工作效果。所以，做好大型发电机绕组电气故障研究工作，才能提高大型发电机运行安全性及稳定性。

（一）大型发电机定子绕组电器故障解析

1.定子绕组电气故障

同步电机定子绕组是大型发电机绕组电气故障常发部位，其故障类型包含支路匝间短路、同相不同支路匝间短路、相间短路等。而且大型发电机中同步电机定子绕组出现的概率较高，还容易引发严重后果。比如，同步电机定子绕组发生故障后，易造成较大的短路电流，会引发过热问题从而引起大型发电机结构部件燃烧、损毁现象，还将产生较强破坏力的电磁力，引起负序磁场，并超过标准警戒红线，直至损毁转子。另外，单相接地造成的定子绕组电气故障的发生率也比较高，即“铁芯与定子绕组绝缘被击穿，造成短路引发定子绕组电气故障。”

2.定子绕组电气故障成因

研究发现，常见的绝缘层损坏现象有自然老化、绝缘层被击穿两种，通常两种现象都会同时发生。若发电机端口出现相间短路，发电机变会出现大电流，其为额定电流的4倍左右。因为这种瞬时短路电流较大，所以会产生破坏力强大的电磁力、电磁转矩，并剧烈冲击电子绕组、机座等，在强烈冲击下上述元器件极易受损，

还会使发电机定子短杆出现明显形变、绝缘损坏、断裂。另一方面，定子铁芯叠层松动等依旧会损伤绕组绝缘层。同时，若发电机生产、安装时违规，会使发电机运行后转子固定部件脱落、接头脱焊等，这也引发电线绝缘部分缺陷等。上述原因都会使定子绕组绝缘层受损，并诱发定子绕组电气故障。^[1]

3.定子绕组电气故障解析方法

一是，试验研究法：该方法适用于研究发电机故障行为及校准接地保护装置。操作时，选在专门实验室内，通过建立动模机组对发电机故障试验进行模拟，从而获取有关数据，然后通过与真实运行状况对比后，制定预防对策，并对发电机进行优化处理。

二是，数字仿真法：首先，测量计算机真实参数，构建以发电机真实参数为基础的数学模型；其次，基于数学模型利用仿真软件构建仿真模型；然后，进行仿真模型调试程序编写；最后，通过调试程序验证、分析仿真结果。研究发现，该方法经济性好、安全性高、使用方便，值得广泛推广使用。

（二）大型发电机转子绕组电气故障解析

1.常见的匝间短路电气故障分析

该故障出现原因是“绕组绝缘层受损，使转子绕组匝间短路，造成超大短路电流并形成局部过热点；若未及时处理过热点，高温会损坏绝缘层，并加重匝间短路，从而引发恶性循环。”另外，匝间短路电气故障将引发磁通量不对称，造成转子受力不均衡引发转子转动，还会使电子绕组相关部件发生磁化，引发转子接地故障。

造成此类故障的成因即“因发电子转子结构包括大量磁极线圈、阻尼绕组等，运行时有较大的转动惯性量，会产生离心力；而在离心力影响下，转子转动时会使绕组绝缘偏移，此时绕组端部受热形变，会引发端部垫块松动、绕组绝缘层老化等现象，且细小导电性离子等飘入端部和转子中间的通风处也会造成匝间短路电气故障。”

2.接地电气故障分析

单点与两点接地故障属于转子绕组电气主要故障，其产生原因时“励磁电阻绝缘层损坏，使励磁绕组导体与转子铁锈发生接触。”另外，绕组单点接地故障率相对较高，但一般认为不会产生严重危害，因为“单点接地故障出现后，励磁电源将产生超大泄露电阻，所以能限制接地泄露电流大小。”不过，一旦出现两点接地故障，便会使励磁电源泄露电阻明显降低，并引发匝间短路，造成严重的短路故障。转子绕组两点接地故障一旦发生，控制屏将直接显示故障，如励磁电流、电子电流突然变大或励磁电压、极端出口电压突然降低等现象，此时要执行紧急停机操作，避免损坏设备。^[2]

一般来说转子绕组两点接地故障会产生较大危害，具体可做如下归纳：

一是，故障发生后，绕组部分将发生短接，容易引发励磁绕组直流电阻下降、励磁电流上升。若此时匝数很多，会造成发电机主磁通量降低、发电机感性无功输出下降，引发机端电压下降及定子电流突增问题。

二是，故障发生后，绕组短接方向磁极磁势明显降低，但其它磁极磁势大小未变，此时将打破转子磁通量平衡，产生径向电磁力，破坏转子受力平衡，引发振动。一般短路圈数、磁极电流大小直接影响振动剧烈程度。

三是，故障发生后，两接地点构成了回路，会引发回路间磁极绕组短路；若两点相隔甚远，则会出现较大短路电流，并造成过热现象，此时极易诱发火灾。

该故障成因主要是“发电机运行时转子持续维持运转状态，所以，线圈会承受较大离心力，伴随时间的流逝，在离心力持续作用下，转子绕组会出现松动，并引发绕组绝缘层老化、损坏等问题，且励磁电流引发的热效应会加速该过程。”同时，转子长期工作后，绕组上会落满污垢等，所以必须定期清理维护、检查，及时发现、处理问题，才能避免故障的发生。

（三）不对称运行工作的影响分析

发电机通常根据三相电流平衡对称长期运行原则设计，一般，发电机的带三相负载可以实现对称效果，即便有单相负载，但依旧会在三相中合理分配。不过同步发电机运行时常发生不对称现象，所以，在分析期间要以正负零序形式实施分解。另外，不对称运行会使运行中的发电机出现转子过热现象，容易烧坏励磁绕组等；同时，还会引起附加交变力矩并产生振动，容易引发发电机材料疲劳或机械损伤问题。^[3]

结束语：总之，绕组电气故障常会引发大型发电机电气故障问题，所以，做好常见的定子及转子绕组故障等的研究，才能避免发电机因故障突然停机，这有助于发挥发电机使用价值、维持供电稳定性。

参考文献：

[1]发电机定子绕组单相接地故障原因分析及处理方案[J].刘树涛，常彩花，王鹏年等.电力设备管理.2021,(03)：102-103

[2]1000MW机组发电机转子绕组匝间短路故障分析[J].徐顶.冶金管理.2020,(21)：59-60

[3]电厂发电机常见故障原因及预防研究[J].王辉.科学技术创新.2019,(22)：176-177