汽輪發(fā)電機(jī)是與汽輪機(jī)配套的發(fā)電機(jī) 。其轉(zhuǎn)速通常為3000轉(zhuǎn)/分(頻率為50赫茲)或3600轉(zhuǎn)/分(頻率為60赫茲)。高速汽輪發(fā)電機(jī)為了減少因離心力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力以及降低風(fēng)磨耗,轉(zhuǎn)子直徑一般較小,長(zhǎng)度較大(即細(xì)長(zhǎng)轉(zhuǎn)子)。這種細(xì)長(zhǎng)轉(zhuǎn)子使大型高速汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子尺寸受到限制。20世紀(jì)70年代以后,汽輪發(fā)電機(jī)的大容量達(dá)130~150萬(wàn)千瓦。
火力發(fā)電廠或核能發(fā)電廠的汽輪發(fā)電機(jī)皆采用臥式結(jié)構(gòu),發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等配套組成同軸運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪發(fā)電機(jī)基本的組成部件是定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。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3.5mm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。
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°角度,以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)在三相定子繞組中產(chǎn)生互成120°相位差的電動(dòng)勢(shì)。每個(gè)槽內(nèi)放有上下兩組絕緣導(dǎo)體(亦稱(chēng)線棒),每個(gè)線棒分為直線部分(置于鐵芯槽內(nèi))和兩個(gè)端接部分。直線部分是切割磁力線并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(lái),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(shí)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(shí)心線棒和可通水的空心線棒并聯(lián)組成。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。機(jī)座一般用鋼板焊接而成,有足夠的強(qiáng)度和剛度,并能滿(mǎn)足通風(fēng)散熱的要求。端蓋的作用是將發(fā)電機(jī)本體的兩端封蓋起來(lái),并與機(jī)座、定子鐵芯和轉(zhuǎn)子一起構(gòu)成發(fā)電機(jī)內(nèi)部完整的通風(fēng)系統(tǒng)。
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)中。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(dòng),則可能損壞股線問(wèn)的絕緣,導(dǎo)致股線問(wèn)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。另外,當(dāng)繞組振動(dòng)過(guò)大時(shí),也會(huì)引起槽口等處的定子線棒股線問(wèn)的絕緣疲勞斷裂,從而導(dǎo)致電弧放電。
汽輪發(fā)電機(jī)組自身的工作特點(diǎn)。汽輪發(fā)電機(jī)的絕緣材料長(zhǎng)期處在高溫和潮濕的惡劣環(huán)境下,并且承受著的機(jī)電應(yīng)力,極易發(fā)生絕緣故障。由于汽輪發(fā)電機(jī)與大電網(wǎng)相連,當(dāng)電力系統(tǒng)突發(fā)暫態(tài)過(guò)程時(shí),會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生沖擊。機(jī)電系統(tǒng)之間存在共振條件時(shí),會(huì)引發(fā)破壞性的轉(zhuǎn)子扭振現(xiàn)象。
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(wèn)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(duì)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(dòng),破壞機(jī)組轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子絕緣。運(yùn)行操作管理問(wèn)題。運(yùn)行人員沒(méi)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(cuò)誤的操作方法,造成人為故障等。譬如,使發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行,會(huì)引起發(fā)電機(jī)過(guò)熱,使發(fā)電機(jī)絕緣過(guò)早老化。
運(yùn)行操作管理問(wèn)題。運(yùn)行人員沒(méi)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(cuò)誤的操作方法,造成人為故障等。譬如,使發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行,會(huì)引起發(fā)電機(jī)過(guò)熱,使發(fā)電機(jī)絕緣過(guò)早老化。維護(hù)管理問(wèn)題。維護(hù)人員沒(méi)有嚴(yán)格按照維護(hù)規(guī)定的技術(shù)要求完成各項(xiàng)工作。在維修過(guò)程中,如果維修不當(dāng),沒(méi)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。