[发明专利]水轮发电机定子线棒故障处理方法

说明书

技术领域　

本发明涉及水轮发电机领域，即水轮发电机定子线棒故障处理方法。

背景技术

在现有技术中，我国水力发电发展已进入大机组，高电压、自动化阶段。但是，大量现有机组已逐渐接近或达到使用寿命。为了进一步提高能源利用率，对现有机组的改造引起了人们的高度重视。

一、事故原因分析 

 1、冷却系统散热能力不足

 现电站发电机的冷却系统采用在定子铁芯外侧安装水冷却器，利用水冷却器来降低机组内空气温度，即空冷式发电机。

  发电机在运行时定子线棒中流过交流电流而产生热量，该热量要通过定子铁芯散发出去，若冷却系统散热能力不足，将会引起定子铁芯的温度升高，定子铁芯的温度升高造成定子线棒的温度进一步升高，这对线棒绝缘是很不利的。若长期运行，将会使定子线棒绝缘过早老化而发生故障。故对冷却系统散热能力不足的原因分析如下：  

   （1）由于冷却水温、水量影响，冷却水质不干净，冷却水管被堵塞等原因，造成冷却器温度升高。

  （2）冷却器温度升高，铁芯内部散热不够，造成热量积累。

  （3）定子端部气流量较小，加上冷却器温度升高等因素，使定子端部冷却条件差。

  （4）冷却器表面脏污，降低了冷却效果。

   2、发电机定子铁芯温度过高

定子铁芯温度过高不仅会使硅钢片绝缘碳化而短路，而且会使定子线棒绝缘烤焦而脆化，从而造成定子线棒绝缘故障。故对发电机定子铁芯温度过高的原因分析如下：

   （1）发电机在运行中定子铁芯产生的损耗主要有：铁芯中的磁滞和涡流损耗；高次谐波磁场通过铁芯表面引起的表面损耗；铁芯齿和槽引起的脉振损耗等。由于多种损耗的作用而产生的热量造成定子铁芯温度过高。

  （2）定子铁芯的端部，在发电机运行中由于存在很强的漏磁通，致使铁芯端部的几个叠片组以及端部其他部件产生很大的涡流，造成定子铁芯局部温度过高。

  （3）定子铁芯局部缺陷，如：硅钢片局部松动、锈蚀、表面有划痕等，在发电机运行时有缺陷部分的铁芯将会由于涡流损耗过大而引起铁芯局部过热。

  （4）发电机冷却系统散热能力不足以及定子铁芯表面有油污和灰尘的堆积，造成铁芯温度过高。

   3、机械力和电磁力作用加剧绝缘破坏

发电机定子线棒在运行中一旦松动，在机械振动和电磁振动作用下会使主绝缘磨损，造成线棒绝缘损坏引起短路和接地故障。

当发电机及短路时，定子线棒端部受到很大的电磁力：

（1）作用于定子线棒端部和转子励磁绕组端部之间的电磁力F1，由于短路时电枢磁势基本上是去磁的，故定子线棒和转子励磁绕组中的电流方向相反，该电磁力将趋向于使定子线棒端部向外张开。

（2）定子线棒端部电流建立的沿定子铁芯端面闭合的漏磁通，导致定子线棒端部与定子铁芯之间的吸引力F2。

（3）作用于定子线棒端部各相邻导体之间的力F3，其方向取决于两导体中的电流方向，若两导体中的电流方向相同，则F3为吸引力，反之为斥力。

根据上述受力分析，机组线棒振动最剧烈的部位是线棒的端部，使得线棒的槽口段破坏加速，在槽口发生事故的机率比槽内大得多。因此，可以很好的解释为什么事故多发生在线棒槽口。故对发电机定子线棒松动的原因分析如下：

（1）线棒、槽楔及槽内各间隙填充的半导体垫条长期处于高温运行中，逐渐劣化。

（2）长期的局部放电造成绝缘层及垫条的收缩和劣化。

（3）发电机在运行中，受到机械力和电磁力作用造成线棒在槽内松动。

（4）发电机检修时，在更换槽楔和槽内垫条时的施工工艺不良，使垫条与线棒之间产生间隙。

    4、发电机在运行中定子线棒电晕、电腐蚀的影响

发电机在运行过程中，处于交变电场中的绕组绝缘在电场的作用下，将产生局部放电及槽内放电现象，导致绝缘的电气机械性能劣化。在发生局部放电的气隙内，使胶粘剂碳化，造成股线松散，股间短路；使主绝缘局部过热而热裂解，严重损伤主绝缘，导致绝缘老化。气隙内气体的局部放电，大量的高能带电粒子（电子和离子）高速碰撞主绝缘，造成主绝缘的机械强度降低。     气体放电游离时产生臭氧。臭氧是一种强氧化剂，很容易使主绝缘材料发生臭氧裂解；并且臭氧与氮化合生成氮氧化合物，再与气隙中的湿气作用生成硝酸。酸对绝缘产生腐蚀作用，导致绝缘老化。

定子线棒在运行中产生的电晕现象主要有三种：线棒内部电晕、槽内电晕和槽外电晕。

故分析发电机内易产生电晕的部位：