第2章-汽輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷(《電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)》中國電力出版社2016年出版)課件

第二章汽輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷汽輪發(fā)電機(jī)原理與結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測汽輪發(fā)電機(jī)故障分析汽輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)2.1汽輪發(fā)電機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)汽輪發(fā)電機(jī)的原理

汽輪發(fā)電機(jī)是同步發(fā)電機(jī)的一種，它是以汽輪機(jī)作原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，利用電磁感應(yīng)原理把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電氣設(shè)備，主要運(yùn)用于火力發(fā)電廠或核能發(fā)電廠。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)通入直流電流后，便建立轉(zhuǎn)子磁場，這個磁場稱主磁極，它隨著汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。其磁通自轉(zhuǎn)子的一個磁極出來，經(jīng)過空氣隙、定子鐵芯、空氣隙、再進(jìn)入轉(zhuǎn)子另一個相鄰磁極，從而構(gòu)成主磁通回路。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子隨著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動，發(fā)電機(jī)磁極旋轉(zhuǎn)一周，主磁極的磁力線被裝在定子鐵芯內(nèi)的U、V、W三相繞組（導(dǎo)線）依次切割，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在定子三相繞組內(nèi)感應(yīng)出相位不同的三相交變電動勢。汽輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)火力發(fā)電廠或核能發(fā)電廠的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)采用臥式結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示，發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)、勵磁機(jī)等配套組成同軸運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)最基本的組成部件是定子、轉(zhuǎn)子、勵磁系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。圖2-1汽輪發(fā)電機(jī)組1.定子發(fā)電機(jī)的定子如圖2-2所示，由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座等部件組成。

圖2-2汽輪發(fā)電機(jī)定子(1)定子鐵芯定子鐵芯是構(gòu)成磁路并固定定子繞組的重要部件，通常由0.5mm或0.35mm厚，導(dǎo)磁性能良好的冷軋硅鋼片疊壓而成。大型汽輪發(fā)電機(jī)的定子鐵芯尺寸很大，硅鋼片沖成扇形，再用多片拼裝成圓形。(2)定子繞組定子繞組嵌放在定子鐵芯內(nèi)圓的定子槽中，分三相布置，互成120°電角度，以保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時在三相定子繞組中產(chǎn)生互成120°相位差的電動勢。每個槽內(nèi)放有上下兩組絕緣導(dǎo)體（亦稱線棒），每個線棒分為直線部分（置于鐵芯槽內(nèi)）和兩個端接部分。線棒直線部分是切割磁力線并產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的導(dǎo)體有效邊，線棒端接部分則起到連接作用，把相關(guān)線棒按照一定的規(guī)律連接起來，構(gòu)成發(fā)電機(jī)的定子三相繞組。中、小型汽輪發(fā)電機(jī)的定子線棒均為實心線棒，而大型汽輪發(fā)電機(jī)由于散熱的需要，多采用內(nèi)部冷卻的線棒，譬如由若干實心線棒和可通水的空心線棒并聯(lián)組成。（3）機(jī)座及端蓋機(jī)座的作用是支撐和固定發(fā)電機(jī)定子鐵芯。端蓋的作用是將發(fā)電機(jī)本體的兩端封蓋起來。2.轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子如圖2-3所示，主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、勵磁繞組（轉(zhuǎn)子線圈）、護(hù)環(huán)和風(fēng)扇等組成，是汽輪發(fā)電機(jī)最重要的部件之一。由于汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)子受到離心力很大，所以轉(zhuǎn)子都呈細(xì)長形，且制成隱極式的，以便更好地固定勵磁機(jī)組。圖2-3汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子（1）轉(zhuǎn)子鐵芯發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體采用高強(qiáng)度、導(dǎo)磁性能良好的合金鋼加工而成。沿轉(zhuǎn)子本體表面軸向銑出用于放置勵磁繞組的凹槽。槽的排列方式一般為輻射式，槽與槽之間的部分為齒，俗稱小齒。未加工的部分通稱大齒，大齒作為磁極的極身，是主磁通必經(jīng)之路。（2）勵磁繞組勵磁繞組為若干個線圈組成的同心式繞組，線圈則用矩形扁銅線繞制而成。勵磁繞組放在槽內(nèi)后，繞組的直線部分用槽楔壓緊，端部徑向固定采用護(hù)環(huán)，軸向固定采用云母塊和中心環(huán)。勵磁繞組的引出線經(jīng)導(dǎo)電桿連接到集電環(huán)（滑環(huán)）上，再經(jīng)過電刷引出。3、冷卻系統(tǒng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，其內(nèi)部產(chǎn)生的各種損耗會轉(zhuǎn)化為熱能，會引起電機(jī)發(fā)熱。尤其是大型汽輪發(fā)電機(jī)，因其結(jié)構(gòu)細(xì)長，中部熱量不易散發(fā)，發(fā)熱問題更顯得嚴(yán)重。如果電機(jī)溫度過高，會直接影響發(fā)電機(jī)絕緣的使用壽命，因此冷卻問題對大型汽輪發(fā)電機(jī)是非常重要的問題，下面介紹幾種典型的冷卻方式：（1）空氣冷卻空氣冷卻發(fā)電機(jī)是通過發(fā)電機(jī)的通風(fēng)系統(tǒng)，由空氣的循環(huán)使電機(jī)得以冷卻。（2）氫氣冷卻為了提高冷卻發(fā)電機(jī)效率，用氫氣代替空氣冷卻，其效果要好得多。因為氫氣比空氣輕十多倍，導(dǎo)熱性比空氣高六倍多，流動性比空氣好。采用氫氣冷卻時，風(fēng)阻損耗大為減小，冷卻效果明顯加強(qiáng)，所以可提高發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量。但是，如果氫氣不純凈，會引起爆炸，所以要注意防爆和防漏問題。（3）水內(nèi)冷冷卻將經(jīng)過凈化處理的水，直接通入空芯導(dǎo)體的內(nèi)部，帶走熱量的冷卻方式叫水內(nèi)冷。由于水的流動性好，其散熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣和氫氣，所以水內(nèi)冷是一種較理想的冷卻方式。當(dāng)然，為監(jiān)視發(fā)電機(jī)定子繞組、鐵芯、軸承及冷卻器等各重要部位的運(yùn)行溫度，在這些部位埋置了測溫元件，通過導(dǎo)線連接到溫度巡檢裝置，在運(yùn)行中進(jìn)行監(jiān)控，并通過微機(jī)進(jìn)行顯示和預(yù)警。4、勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)的主要作用是：①發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，按主機(jī)負(fù)荷情況供給和自動調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持一定的端電壓和無功功率的輸出。②發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時，使無功功率分配合理。③當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然短路故障，能對發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)勵，以提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。短路故障切除后，使電壓迅速恢復(fù)正常。④當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷突減時，能進(jìn)行強(qiáng)行減磁，以防止電壓過分升高。⑤發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障，如匝間短路或轉(zhuǎn)子發(fā)生兩點接地故障時，能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)自動減磁或滅磁。

勵磁方式：（1）直流勵磁機(jī)勵磁（2）交流勵磁機(jī)帶旋轉(zhuǎn)整流器勵磁（3）無勵磁機(jī)的靜止晶閘管勵磁2.2汽輪發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測2.2.1汽輪發(fā)電機(jī)的狀態(tài)量汽輪發(fā)電機(jī)組是一個非常復(fù)雜的發(fā)電系統(tǒng)，有很多狀態(tài)量需要我們進(jìn)行監(jiān)測，從而根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷汽輪發(fā)電機(jī)組的工作情況。1、放電狀態(tài)量(1)絕緣內(nèi)部放電汽輪發(fā)電機(jī)絕緣內(nèi)部放電可能發(fā)生在絕緣層中間、絕緣與線棒導(dǎo)體間、絕緣與防暈層間的氣隙或氣泡里。這些氣隙、氣泡或由于制造過程中留下，或是在運(yùn)行中由于熱、機(jī)械力聯(lián)合作用下，引起絕緣脫層、開裂而產(chǎn)生。特別是在繞組線棒導(dǎo)體的棱角部位，因電場更為集中，故放電電壓更低。(2)繞組端部放電汽輪發(fā)電機(jī)線棒槽口處的電場類似于套管型結(jié)構(gòu)，一般要采取防電暈放電的措施，即分段涂刷半導(dǎo)體防暈層。端部振動或機(jī)座振動引起的固定部件的松動，均會損傷防暈層，引起端部電暈。它比絕緣內(nèi)部放電劇烈，破壞作用也大，甚至可能發(fā)展為更危險的滑閃放電。若發(fā)電機(jī)內(nèi)濕度較大，會加劇電暈放電。繞組端部形成氣隙的原因有:①端部連接處的絕緣通常在現(xiàn)場手工處理，質(zhì)量難以保證；②當(dāng)工藝控制不嚴(yán)或使用材料不合適時，運(yùn)行中容易脫層；③在振動和熱應(yīng)力作用下，其他部分絕緣也會開裂磨損。由于這些原因形成的氣隙，均會發(fā)生放電。放電時會侵蝕絕緣，使絕緣強(qiáng)度降低，另外水冷繞組的漏水進(jìn)人氣隙，也使絕緣強(qiáng)度進(jìn)一步降低。（3）定子槽部放電汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，定子鐵心的振動能導(dǎo)致線棒固定部件(如槽楔、墊條)的松動導(dǎo)致防暈層的損壞。定子線棒和鐵心接觸點過熱造成的應(yīng)力作用，也會破壞線棒防暈層。這些原因使定子線棒表面和槽壁或槽底之間產(chǎn)生間隙，很容易產(chǎn)生高能量的電容性放電，放電形式可能是電暈、滑閃放電，甚至是火花或電弧放電。2、轉(zhuǎn)子繞組的絕緣電阻汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在運(yùn)行中，由于電、熱和機(jī)械等應(yīng)力的綜合作用，使轉(zhuǎn)子接地故障時有發(fā)生。轉(zhuǎn)子接地故障可分為一點接地和兩點接地(包括多點接地)。當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣發(fā)生一點接地時，允許發(fā)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)該立即投人接地保護(hù)裝置，以防一旦發(fā)生兩點接地時，燒損轉(zhuǎn)子繞組、鐵心和護(hù)環(huán)，并引起轉(zhuǎn)子本體的磁化及附加振動。3、發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度測量發(fā)電機(jī)各磁極氣隙磁通密度的絕對值以及各磁極氣隙磁通密度平均值的相對變化，可以判斷轉(zhuǎn)子繞組是否有匝間短路現(xiàn)象。另外，磁極氣隙磁通密度的不平衡，是導(dǎo)致機(jī)組振動、發(fā)電機(jī)過熱和發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子部件承受超常應(yīng)力的重要原因。4、發(fā)電機(jī)氣隙間距發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子的氣隙間距在線監(jiān)測具有實際工程應(yīng)用的參考價值，其作用可歸納為以下幾方面:（1）檢查氣隙不均勻性，以檢驗機(jī)組的制造、安裝和維修質(zhì)量。（2）監(jiān)測不同工況下氣隙的變化，以制定最佳運(yùn)行工況。（3）監(jiān)視運(yùn)行中發(fā)電機(jī)氣隙的變化趨勢，避免發(fā)生轉(zhuǎn)子磁極松動等機(jī)械故障。（4）因為氣隙間距不均勻會產(chǎn)生單邊的不平衡拉力，引起機(jī)組振動，因此氣隙間距監(jiān)測可作為機(jī)組振動監(jiān)測的輔助分析手段。5、汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓設(shè)計和運(yùn)行條件正常的電機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)軸兩端只會有很小的電位差，這種電位差就是常說的軸電壓。當(dāng)電機(jī)的設(shè)計、調(diào)整存在問題或電機(jī)出現(xiàn)故障時，電機(jī)往往會出現(xiàn)較高的軸電壓.軸電壓升高到一定的數(shù)值，將會擊穿軸承油膜，形成軸電流。軸電流不但破壞油膜的穩(wěn)定，而且由于放電作用.會在軸頸和軸瓦表面產(chǎn)生很多蝕點，破壞軸頸和軸瓦的良好配合，進(jìn)一步加劇軸瓦的損壞。6、汽輪發(fā)電機(jī)勵磁碳刷火花運(yùn)行中的汽輪發(fā)電機(jī)由于勵磁碳刷和滑環(huán)之間接觸不良，或壓力調(diào)整不合適，會發(fā)生火花?；鸹〞铀偬妓⒑突h(huán)之間的不良接觸，使火花越來越嚴(yán)重，甚至發(fā)生環(huán)火，導(dǎo)致勵磁回路短路，嚴(yán)重威脅發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。7、電機(jī)熱解微粒和氣體成分熱劣化也是電機(jī)絕緣損壞的重要原因。當(dāng)絕緣的溫度超過運(yùn)行中最大允許值(例如160℃)時，絕緣材料中的溶劑開始揮發(fā)。8、發(fā)電機(jī)氫氣濕度采用氫氣作冷卻介質(zhì)的大型汽輪發(fā)電機(jī)，為保證電機(jī)的安全運(yùn)行，對氫氣冷卻介質(zhì)的干濕度有嚴(yán)格要求，因為氫氣濕度過低，會造成絕緣收縮、線棒干裂、絕緣墊產(chǎn)生裂紋等故障。9、發(fā)電機(jī)振動汽輪發(fā)電機(jī)振動是運(yùn)行中常見故障之一。振動嚴(yán)重時，會威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點引起振動的原因為:①定子鐵芯由硅鋼片疊合而成，運(yùn)行中鐵芯緊固件容易松動；②定、轉(zhuǎn)子繞組用絕緣材料固定在槽中，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行溫度不同時，受熱脹冷縮的影響，繞組也會松動；③發(fā)電機(jī)的整體剛度遠(yuǎn)低于其他大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，容易引發(fā)振動；④電機(jī)電磁力的脈動頻率與電機(jī)的固有振動頻率十分接近，容易引起共振；⑤現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)的電磁負(fù)荷越來越大，轉(zhuǎn)子越來越細(xì)長，電力系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動時，形成機(jī)組軸系的各轉(zhuǎn)子相互影響，會引起轉(zhuǎn)動部分發(fā)生“共振”。2.2.2汽輪發(fā)電機(jī)的監(jiān)測方法汽輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測主要包括以下任務(wù):(1)為汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況積累資料和數(shù)據(jù)，建立汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫。(2)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)等級和已出現(xiàn)的故障特征或征兆，對汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)處于正常還是異常做出初步判斷，為故障診斷系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的實時數(shù)據(jù)。(3)對汽輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評估，為狀態(tài)檢修的實施提供可靠的依據(jù)。1、放電量監(jiān)測汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)部放電有多種形式，但都伴隨著電、磁、聲、光、熱等效應(yīng)。對這些放電量的監(jiān)測方法可分為電氣量監(jiān)測和非電氣量監(jiān)測方法。當(dāng)然，我們要特別注意汽輪發(fā)電機(jī)局部放電監(jiān)測的靈敏度問題。由于發(fā)電廠干擾源密集，干擾信號嚴(yán)重影響放電量監(jiān)測的準(zhǔn)確度。為了更好地抑制干擾，提高監(jiān)測系統(tǒng)的靈敏度。抑制干擾最有效的辦法是:根據(jù)具體的測量目標(biāo)給測量系統(tǒng)選擇一個合適的監(jiān)測頻帶，以躲過大部分的干擾頻帶。發(fā)電機(jī)局部放電測量的主要手段還是脈沖電流法，它根據(jù)檢測頻帶的不同，可分為高頻法（HF）和特高頻法（UHF）兩種。高頻法和特高頻法在線測量發(fā)電機(jī)的局部放電信號時，可選用穿心式高頻和特高頻電流互感器，這種傳感器的接入方式由于不改變被測設(shè)備的一次接線方式，更容易得到電力部門的認(rèn)可。2、汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的絕緣電阻和平均溫度監(jiān)測（1）轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻的測量（2）轉(zhuǎn)子繞組平均溫度的測量圖2-7所示為實際應(yīng)用的監(jiān)測原理接線圖，轉(zhuǎn)子絕緣和轉(zhuǎn)子平均溫度的監(jiān)測采用同一套測量裝置。圖中發(fā)電機(jī)勵磁回路裝置有兩組碳刷：一組為原有的勵磁碳刷，用來傳導(dǎo)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵磁電流。另一組為增設(shè)的測量碳刷，為監(jiān)測裝置獲取電壓信號專用。電壓和電流信號均通過變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號后送到數(shù)據(jù)采集裝置，由計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3、發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度監(jiān)測（1）磁通密度傳感器傳感器由傳感頭和變送器兩部分組成，傳感頭通常采用強(qiáng)力膠粘貼在發(fā)電機(jī)氣隙處的定子鐵心表面。（2）氣隙磁通密度分析方法由磁通密度傳感器轉(zhuǎn)換得到發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度電信號通常采用幅值相對比較法和氣隙磁通密度微分法進(jìn)行分析。4、發(fā)電機(jī)氣隙間距監(jiān)測（1）選用氣隙間距傳感器（2）布置氣隙間距在線監(jiān)測裝置5、汽輪發(fā)電機(jī)軸電壓監(jiān)測為了測量發(fā)電機(jī)的軸電壓需要在發(fā)電機(jī)主軸兩側(cè)各安置1個測量用碳刷，測量點的配置如圖2-10(a)所示。軸電壓是轉(zhuǎn)軸上兩端軸承的內(nèi)側(cè)測量點之間的電動勢。利用數(shù)據(jù)采集裝置采集軸電壓信號后，可利用分析軟件對信號進(jìn)行頻譜分析處理。軸電壓的電信號數(shù)據(jù)采集裝置連接如圖2-10(b)所示。（a）測量點配置；（b）軸電壓和電磁數(shù)據(jù)采集裝置的連接圖2-10軸電壓測量6、汽輪發(fā)電機(jī)勵磁碳刷火花監(jiān)測（1）碳刷火花評定和監(jiān)測方法目前對碳刷火花的評定一直都靠運(yùn)行人員用眼睛觀察和判斷。這種評定辦法的最大問題是火花等級的確定，往往帶有觀察者的主觀感覺。為了解決碳刷火花客觀評定問題，碳刷火花的監(jiān)測方法有以下三種。a.檢測火花放電電壓b.檢測火花的電磁輻射能量c.檢測火花的亮度7、電機(jī)熱解微粒和氣體成分監(jiān)測過熱分解物的氣體在冷卻系統(tǒng)中滯留的時間較長，對其進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測分析，可發(fā)現(xiàn)早期的過熱故障。煙霧監(jiān)測器用配管和發(fā)電機(jī)相連，利用發(fā)電機(jī)送風(fēng)機(jī)的壓差即可使氣體產(chǎn)生循環(huán)，實現(xiàn)在線監(jiān)測。當(dāng)冷卻氣體（不含煙霧）進(jìn)入離子室時，被放射線源電離。離子流通過加有電壓的兩個極板，氣體中的自由電荷為電極所收集，構(gòu)成電流。電流經(jīng)外接的靜電放大電路放大，放大器的輸出電壓正比于離子流?？蓮姆糯笃鬏敵鲭妷旱臏p小程度來監(jiān)測煙霧的存在情況，從而判斷絕緣材料的熱劣化程度。1-流量控制閥；2-測試粒子源；3-流量計；4-電磁閥；5-粒子濾器；6-射線源；7-收集器；8-電極；9-極化電壓源；10-增益控制電位器；11-靜電放大器；12-指示儀表或記錄儀；13-報警繼電器；14-離子室圖2-12煙霧監(jiān)測器示意圖8、發(fā)電機(jī)氫氣濕度監(jiān)測水氣的露點定義為水氣結(jié)露時的溫度，而氣體的露點和氣體中的絕對濕度和氣壓相關(guān)。因此，通過測量水氣的露點，可以將水氣濕度的測量轉(zhuǎn)化為溫度和氣壓的測量。由于溫度和氣壓的測量技術(shù)成熟，測量準(zhǔn)確度高，重復(fù)性好，因此國際上普遍用露點來表示氫氣的干濕度。9、發(fā)電機(jī)振動監(jiān)測（1）振動故障監(jiān)測的內(nèi)容振動測量大致有三方面的內(nèi)容：a.發(fā)電機(jī)組軸系和機(jī)座振動的監(jiān)測b.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子扭振的監(jiān)測c.定子端部繞組振動的監(jiān)測2.3汽輪發(fā)電機(jī)的故障分析2.3.1汽輪發(fā)電機(jī)的故障分類發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的“心臟”,其能否安全運(yùn)行，將直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和電能的質(zhì)量。汽輪發(fā)電機(jī)的絕緣材料長期處在高溫和潮濕的惡劣環(huán)境下，并且承受著巨大的機(jī)械應(yīng)力，極易發(fā)生絕緣故障。與變壓器相比，發(fā)電機(jī)增加了旋轉(zhuǎn)部分，除了電氣絕緣故障外，還增加了各種機(jī)械故障。另外，發(fā)電機(jī)本身機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜外，還有龐大的輔機(jī)設(shè)備，使得發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的任一部件發(fā)生故障都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)停止運(yùn)行。根據(jù)國內(nèi)外對汽輪發(fā)電機(jī)的故障統(tǒng)計和分析，大致可歸為以下幾種典型故障:a.發(fā)電機(jī)的定子鐵芯故障鐵芯故障通常發(fā)生在大型汽輪發(fā)電機(jī)上。由于制造或安裝過程中損傷了定子鐵芯，形成片間短路，流過短路處的環(huán)流隨時間逐漸增大，致使硅鋼片熔化，并流人定子槽，從而燒壞繞組絕緣；最后因定子繞組接地導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子鐵芯燒毀。小型發(fā)電機(jī)則可能由于自身振動過于劇烈、軸承損壞等原因，造成定、轉(zhuǎn)子間摩擦而損壞定子鐵芯。這類故障的早期征兆是大的短路電流、高溫和絕緣材料的熱解。b.發(fā)電機(jī)的繞絕緣故障繞組發(fā)生絕緣故障主要有3個方面：(a)絕緣老化。主要發(fā)生在大容量的汽輪發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)。環(huán)氧云母絕緣因存在放電而受損，最后引發(fā)絕緣事故。(b)絕緣的先天性缺陷。主絕緣中存在的空洞或雜質(zhì)引起局部放電，局部放電進(jìn)一步發(fā)展，從而引起絕緣故障。c.發(fā)電機(jī)定子繞組股線故障。繞組股線故障主要是股線短路故障，多發(fā)生在電負(fù)荷大、定子繞組承受較大的電、熱以及機(jī)械應(yīng)力的大型發(fā)電機(jī)。定子線棒通常由多根股線組合而成，股間有絕緣，并需進(jìn)行換位。在運(yùn)行中，若發(fā)生嚴(yán)重的繞組振動，則可能損壞股線間的絕緣，導(dǎo)致股線間短路而產(chǎn)生電弧放電，進(jìn)而侵蝕和熔化其他股線，破壞定子線棒的主絕緣,可能發(fā)生接地故障或相間短路故障。d.發(fā)電機(jī)的定子端部繞組故障電機(jī)運(yùn)行時，持續(xù)的機(jī)械應(yīng)力或因暫態(tài)過程產(chǎn)生巨大的沖擊力，可使定子端部繞組發(fā)生機(jī)械位移。大型汽輪發(fā)電機(jī)中，此類位移有時可達(dá)幾毫米，從而使端部產(chǎn)生振動，引發(fā)疲勞磨損，使絕緣材料出現(xiàn)裂縫，從而發(fā)生局部放電。這類故障的先兆是振動和局部放電。e.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組故障汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組故障的主要原因是由電、熱、機(jī)械應(yīng)力引起。譬如，轉(zhuǎn)子離心力使轉(zhuǎn)子絕緣損壞從而引起繞組匝間短路，造成局部過熱，進(jìn)而損壞主絕緣。匝間短路會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)磁通量不對稱，轉(zhuǎn)子受力不平衡.引起轉(zhuǎn)子振動。因此，可通過監(jiān)測機(jī)組振動是否加大，氣隙磁通波形畸變程度等現(xiàn)象來診斷該類故障。f.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的本體故障強(qiáng)大的離心力同樣也可能引起轉(zhuǎn)子本體故障，例如:轉(zhuǎn)子自重力的作用導(dǎo)致剛體疲勞，使轉(zhuǎn)子本體及與之相連的部件的表面發(fā)生裂紋；進(jìn)一步發(fā)展，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生災(zāi)難性的故障。轉(zhuǎn)子過熱也會引起嚴(yán)重的疲勞斷裂；電力系統(tǒng)突發(fā)暫態(tài)過程時，會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生沖擊應(yīng)力，若電機(jī)和系統(tǒng)之間存在共振條件時，轉(zhuǎn)子會激發(fā)扭振現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子或聯(lián)軸器發(fā)生機(jī)械故障時，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心引起振動，引發(fā)轉(zhuǎn)子本體故障。g.發(fā)電機(jī)冷卻水系統(tǒng)的故障冷卻水質(zhì)因不潔等原因會引起部分冷卻水管道堵塞，導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)局部過熱，并最后燒壞發(fā)電機(jī)絕緣。其先兆是定子線棒或冷卻水的溫度偏高，材料熱解使冷卻介質(zhì)中產(chǎn)生雜質(zhì)微粒，使發(fā)電機(jī)的放電量增加。2.3.2汽輪發(fā)電機(jī)的故障機(jī)理實踐證明，汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生故障的原因是多種多樣的，但歸根結(jié)底，不外乎內(nèi)部原因和外部原因兩個方面。(1)故障產(chǎn)生的內(nèi)部原因a.在設(shè)計制造過程中，要根據(jù)發(fā)電機(jī)容量、工作環(huán)境和運(yùn)行要求進(jìn)行電磁設(shè)計，科學(xué)合理地加工部件和正確選擇電機(jī)材料。譬如，電機(jī)絕緣材料選用不當(dāng)、材料不符合規(guī)定，都會造成電機(jī)絕緣材料磨損、腐蝕、變形、破裂和老化等現(xiàn)象。b.汽輪發(fā)電機(jī)組自身的結(jié)構(gòu)特點。汽輪發(fā)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上與汽輪機(jī)同軸連接,高速旋轉(zhuǎn)。c.汽輪發(fā)電機(jī)組自身的工作特點。汽輪發(fā)電機(jī)的絕緣材料長期處在高溫和潮濕的惡劣環(huán)境下，并且承受著巨大的機(jī)電應(yīng)力，極易發(fā)生絕緣故障。(2)故障產(chǎn)生的外部原因a.安裝調(diào)試不到位。汽輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)輸、安裝、調(diào)試的環(huán)節(jié)中出現(xiàn)問題，造成設(shè)備故障缺陷。譬如，汽輪發(fā)電機(jī)在安裝或大修后，如果軸系對中不好，或者發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的中心不重合，極易引起軸系的彎曲振動，破環(huán)機(jī)組轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子絕緣。b.運(yùn)行操作管理問題。運(yùn)行人員沒有按照操作規(guī)程正確調(diào)控發(fā)電機(jī)組，或者采取了錯誤的操作方法，造成人為故障等。譬如，使發(fā)電機(jī)組長期超負(fù)荷運(yùn)行，會引起發(fā)電機(jī)過熱，使發(fā)電機(jī)絕緣過早老化。c.維護(hù)管理問題。維護(hù)人員沒有嚴(yán)格按照維護(hù)規(guī)定的技術(shù)要求完成各項工作。在維修過程中，如果維修不當(dāng)，沒有達(dá)到修理技術(shù)要求，修理質(zhì)量不高，很容易造成發(fā)電機(jī)組內(nèi)部絕緣被人為損傷。2.4汽輪發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)

汽輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要是由傳感器系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)通過安裝于汽輪機(jī)組各測點的傳感器獲取機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信號,由信號處理系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理,然后將處理后的穩(wěn)定可靠的采集信號輸入計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。汽輪發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用由信號處理系統(tǒng)的硬件電路和計算機(jī)系統(tǒng)的軟件方法相結(jié)合,以提高狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的可靠性,防止干擾引起誤報警。以汽輪發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測與故障診斷為例，說明汽輪發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的組成、功能及工作流程。2.4.1局部放電傳感器系統(tǒng)（1）監(jiān)測參數(shù)選取a.視在放電量b.放電次數(shù)(2)傳感器的選擇和接線方式高頻法在線測量發(fā)電機(jī)的局部放電信號，可選用穿心式高頻和特高頻電流傳感器。這種傳感器的接入方式由于不改變被測電氣設(shè)備的一次接線方式，更容易得到電力部門的認(rèn)可。圓環(huán)式磁芯適用于固定式在線監(jiān)測系統(tǒng)，開口式磁芯則適用于便攜式帶電測量裝置，后者可臨時安裝在待測脈沖電流的導(dǎo)線上，使用靈活、方便。定子槽耦合器由于需要在發(fā)電機(jī)制造或大修時安裝，其安裝工藝也比較復(fù)雜，而且