汽轮发电机的故障研究分析

赵建平

唐钢美锦唐山煤化工有限公司 河北唐山市 063000

【摘要】汽轮发电机本身是进行能源转化的关键设备，以电磁力定律为基础，将其他类型的能源转化为电能。如果汽轮发电机出现运行故障，不仅会直接影响到发电效率，同时还会影响到发电时的安全性。对此我们需要对汽轮发电机的常见故障进行综合评估，从而满足电力生产的实际需求。

【关键词】汽轮发电机；故障；研究分析

0.引言

汽轮发电机是电力系统当中的长网连接枢纽，运行状态直接关系到整个电力系统的稳定性。随着大电网和能量机组的出现，汽轮发电机在系统当中的地位和作用更加突出。某个功能故障会直接影响到部件本身，乃至整个汽轮发电机系统，获取故障信息采取处理方案的意义更加显著。

1.汽轮发电机的常见故障

1.1 定子系统故障

（1）绕组故障

按照汽轮发电机的结构，可以将发电机划分为定子、转子和冷却三个子系统，而定子系统故障当中每个功能元件都有着对应的故障模式。

其中定子绕组接地故障是发动机常见的一种绝缘问题，该故障多见于定子线棒槽部区域和槽口区域，一旦出现此类问题，定子铁芯的安全就会受到很大的威胁。产生绕组故障的主要原因是定子绕组绝缘出现破损，导致绕组和铁芯接触后进一步引起接地故障，同时还会导致发电机定子绕组温度异常和铁芯温度异常，三相电流不均。所以在出现故障后，会产生超过安全允许阈值的电流，直接损伤定子铁芯叠片层，甚至导致定子绕组相间短路故障。

定子绕组相间短路故障则是在发电机绝缘类型当中最为严重的一种故障，产生原因往往是因为某一相定子绕组绝缘受损，从而产生接地故障。大的短路电流产生的电磁力会对转轴或电子绕组产生极大的冲击，转子振动也会出现明显加大的情况，发电机转子和基座不仅会受到严重损伤，还会因为烧焦出现碳化分层现象^[1]。

定子线圈过热则是汽轮发电机的一种常见故障类型，且电子绕组温度过高会加剧绕组绝缘老化程度。产生此类故障的影响因素较多，包括堵塞、供水不足或断水等各项因素都是引起绕组温度异常的主要原因，最终引起绕组接地故障和绕组短路故障。而要想能够有效控制此类问题，首先需要监测并排除冷却系统是否出现问题，同时对现有的绕组绝缘工艺进行改进，避免出现短路或接地故障问题，进一步防止发生安全事故。

定子端部绕组断股故障一般是由于电磁力作用产生振动疲劳断裂，工艺不良或整体性能较差都会导致电磁力作用下出现电磁振动，在这种情况下冷却水出口温度急剧变化，如果断裂绕组为定子空心绕组还会让漏水监测装置报警。一般情况下，我们会对现有的绕组端部固定结构和工艺进行调整，并且改善胶化工艺，从而保障其整体性能。

定子绕组绝缘故障发生在定子端部绕组区域，无论是机内漏油或是漏水都会导致绝缘损坏，使定子绕组温度过高或出水温度波动，因此需要对定子绕组端部的绝缘工艺做出相应的调整，并检查是否在端部区域有异物存在。

（2）铁芯故障

铁芯故障指的是汽轮发电机的定子绕组出现绝缘损坏或短路故障时，产生较大的短路电流，直接烧坏定子铁芯。与此同时，发电机在运行过程当中出现的振动会让定子铁芯松动或主绝缘受到磨损，发电机及其相连的基础附属设备在噪音影响下也会存在非常大的短路风险。要想避免此类问题的发生，首先要采取措施防止定子绕组绝缘出现故障，同时要加强定子铁芯的轴向和径向控制措施，并且改善现有的压指压圈结构，调整定子铁芯和基座之间的定位筋数量与结构刚度^[2]。

1.2 转子系统故障

发电机的转子本体功能单元可以支撑和固定转子绕组，而转子本体的故障模式也包括振动故障、磁化故障和断轴等多种故障类型。

常见的转子原始质量不平衡故障是汽轮发电机组最为常见的故障类型，大多数机组振动也是因为转子质量不平衡所导致，即转子在离心力的作用下产生不平衡，振动且振动的幅度超过阈值要求，并且在临界转速时达到最大值。此时会导致发电机出现严重的工频震动，甚至引起轴瓦自激振动，机组的运行安全风险极高。对此可以考虑提升发电机转子的装配质量与检修质量，防止转子出现不均匀冷却。

转子热不平衡故障指的是转子运行过程当中不均匀的加热或冷却使得几何中心偏离子旋转轴线引起振动，且振动幅度超过阈值要求。转子绕组局部短路之后，部分线圈会因此失去作用，转子受热不均匀产生的温差与热不平衡是转子出现热形变的主要因素。为了避免转子出现绕组膨胀受阻，在绕组温度超过110℃时要进行预警。

转子偏心故障指的是汽轮发电机的定子和转子轴线不符合问题，产生不对称的电磁力引起转子二倍工频振动，振动幅值超过阈值，同样会引起轴瓦自激振动。

在正常的运行状态下，发电机三相负荷能够保持对称，但如果三相负荷不对称或其他故障产生后，就会让三相电压或电流对发电机产生严重影响，转子表面的不同部件当中会出现二倍工频电流，转轴局部过热或烧伤问题也会因此出现。我们可以考虑在发电机转子上安装阻尼装置，从而能够提升转轴对抗负序电流的能力。

1.3 冷却系统故障

按照发电机的冷却系统功能与结构分析的结果，当前的冷却系统可以被划分为水冷回路和氢冷回路两个功能单元。常见的水冷回路故障当中绝缘引水管故障是最为典型的故障类型，导致这一故障的原因在于定子端部绕组出现较大震动引起水管磨损破裂；而电子空心绕组故障可以为冷却水提供回路，带走定子绕组产生的热量维持温度平衡。但如果电子空心绕组出现故障之后，局部震动过大或冷却时回路堵塞，就会导致绕组温度过高引起过热损坏^[3]。

冷却水路滤网可以过滤冷却水避免异物进入冷却水道，如果滤网老化破裂后，破裂的滤网会随着冷却水一起进入水路引起堵塞，引发电子绕组温度过高过热故障。相关技术人员要对滤网进行定期更换并监视水路堵塞或断水故障问题，如果出现堵塞应反复冲洗，保持疏通。

氢冷回路故障是最为典型的故障类型，无论是制造工艺缺陷或是转子通道出现运输或保管问题都会导致氢气温度监测异常或震动加大。为了保障整个四轮发电氢冷系统的运行可靠性，应该严格加强质量检验和运输保管检修措施。

2.结语

汽轮发电机的常见运行故障会直接影响到设备的安全性和可靠性相关，技术人员需要在了解运行原理的基础上加强设备的常见故障分析，采取规范化处置方法才能确保运行质量，维持电力生产的有序进行。在后续的工程实践环节，可以进一步明确汽轮发电机的结构与功能，进行层次划分之后，围绕定子系统、转子系统和冷却系统的不同要求做好相应的诊断和分析。

【参考文献】

[1]樊明哲, 晏剑辉, 党晓强. 大型汽轮发电机转子绕组短路故障的检测技术研究[J]. 中国设备工程, 2020, 448(12):133-137.

[2]路军锋, 胡爱民, 齐云峰,等. 660MW超超临界汽轮发电机密封瓦引起的振动故障分析及处理[J]. 电站系统工程, 2019, 35(05):41-44.

[3]何天磊, 徐俊元, 陈聪,等. 大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断[J]. 湖南电力, 2019, 39(01):35-39.