發(fā)電機(jī)172條工業(yè)常識

1、發(fā)電機(jī)172條工業(yè)常識 1什么是“同步”發(fā)電機(jī)?同步轉(zhuǎn)速是如何確定的? 答：發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠的心臟設(shè)備，發(fā)電機(jī)按其驅(qū)動的動力大致可分為水輪發(fā)電機(jī)(水力)和汽輪發(fā)電機(jī)(蒸汽)。本書所涉及的內(nèi)容均是指同步發(fā)電機(jī)(限于立式水輪發(fā)電機(jī))。 發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，在發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子氣隙間有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的合成磁場，這個(gè)磁場由兩個(gè)磁場合成：轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場。所謂“同步”發(fā)電機(jī)，就是指發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場的轉(zhuǎn)速(原動機(jī)產(chǎn)生)與定子磁場的轉(zhuǎn)速(電力系統(tǒng)頻率決定)相等。 轉(zhuǎn)子磁場由旋轉(zhuǎn)的通有直流電的轉(zhuǎn)子繞組(磁極)產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子磁場的轉(zhuǎn)速也就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，也即整個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子由原動機(jī)驅(qū)動，轉(zhuǎn)速由機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行調(diào)節(jié)，這個(gè)轉(zhuǎn)速在發(fā)電

2、機(jī)的銘牌上都有明確標(biāo)示。定子旋轉(zhuǎn)磁場由通過三相對稱電流的定子三相繞組(按120對稱布置)產(chǎn)生，其轉(zhuǎn)速由式確定(式中：p為轉(zhuǎn)子磁極對數(shù)；f為電力系統(tǒng)頻率；n為機(jī)組轉(zhuǎn)速)。從式中可見，對某一具體的發(fā)電機(jī)，其磁極對數(shù)是固定不變的，而我國電力系統(tǒng)的頻率也是固定的，即50Hz(也稱工頻)，可見每一具體的發(fā)電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速在發(fā)電機(jī)制造完成后就是“定值”。當(dāng)然，電力系統(tǒng)的頻率并不能真正穩(wěn)定在50Hz的理論值，而是允許在這個(gè)值的上下有微小的波動，也即定子磁場在運(yùn)行中實(shí)際是在額定轉(zhuǎn)速值的周圍動態(tài)變化的。轉(zhuǎn)子磁場為了與定子磁場同步也要適應(yīng)這個(gè)變化，也即機(jī)組的轉(zhuǎn)速作動態(tài)的調(diào)整。如果轉(zhuǎn)速不能與定子磁場保持一致

3、，則我們說該發(fā)電機(jī)“失步”了。 2什么是發(fā)電機(jī)的飛輪力矩 ? 它在電氣上有什么意義? 答：發(fā)電機(jī)飛輪力矩，是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動部分的重量與其慣性直徑平方的乘積?？雌饋硭且粋€(gè)與電氣參數(shù)無關(guān)的量，其實(shí)不然，它對電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程和動態(tài)穩(wěn)定影響很大。它直接影響到在各種工況下突然甩負(fù)荷時(shí)機(jī)組的速率上升及輸水系統(tǒng)的壓力上升，它首先應(yīng)滿足輸水系統(tǒng)調(diào)節(jié)保證計(jì)算的要求。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障，機(jī)組負(fù)荷突變時(shí)，因調(diào)速機(jī)構(gòu)的時(shí)滯，使機(jī)組轉(zhuǎn)速升高，為限制轉(zhuǎn)速，機(jī)組需一定量的， 越大，機(jī)組轉(zhuǎn)速變化率越小，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越好。 與機(jī)組造價(jià)密切相關(guān)， 越大，機(jī)組重量越大、制造成本越大。 3什么是發(fā)電機(jī)的短路比Kc?Kc與發(fā)電機(jī)

4、結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系? 答：短路比Kc，是表征發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定度的一個(gè)重要參數(shù)。Kc原來的意義是對應(yīng)于空載額定電壓的勵磁電流下三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)的短路電流與額定電流之比，即Kc=Iko/IN。由于短路特性是一條直線，故Kc可表達(dá)為發(fā)電機(jī)空載額定電壓時(shí)的勵磁電流Ifo與三相穩(wěn)態(tài)短路電流為額定值時(shí)的勵磁電流Ifk之比，表達(dá)式為：Kc=IfoIfk1Xd。Xd是發(fā)電機(jī)運(yùn)行中三相突然短路穩(wěn)定時(shí)所表現(xiàn)出的電抗，即發(fā)電機(jī)直軸同步電抗(不飽和值)。 如忽略磁飽和的影響，則短路比與直軸同步電抗Xd互為倒數(shù)。短路比小，說明同步電抗大，相應(yīng)短路時(shí)短路電流小，但是運(yùn)行中負(fù)載變化時(shí)發(fā)電機(jī)的電壓變化較大且并聯(lián)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定度較

5、差，即發(fā)電機(jī)的過載能力小、電壓變化率大，影響電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和充電容量。短路比大，則發(fā)電機(jī)過載能力大，負(fù)載電流引起的端電壓變化較小，可提高發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行中的靜態(tài)穩(wěn)定性。但Kc大使發(fā)電機(jī)勵磁電流增大，轉(zhuǎn)子用銅量增大，使制造成本增加。短路比主要根據(jù)電廠輸電距離、負(fù)荷變化情況等因數(shù)提出，一般水輪發(fā)電機(jī)的K，取0913。結(jié)構(gòu)上，短路比近似的等于 可見，要使Kc增大，須減小A，即增大機(jī)組尺寸；或加大氣隙，須增加轉(zhuǎn)子繞組安匝數(shù)。 4什么是發(fā)電機(jī)的直軸瞬變電抗凰Xd?與發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系? 答：Xd是代表發(fā)電機(jī)運(yùn)行中三相突然短路初始時(shí)間(阻尼繞組的電流衰減后)的過渡電抗。直軸瞬變電抗是發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)

6、行時(shí)，定子繞組直軸總磁鏈產(chǎn)生的電壓中的交流基波分量在突變時(shí)的初始值與同時(shí)變化的直軸交流基波電流之比。它也是發(fā)電機(jī)和整個(gè)電力系統(tǒng)的重要參數(shù)，對發(fā)電機(jī)的動態(tài)穩(wěn)定極限及突然加負(fù)荷時(shí)的瞬態(tài)電壓變化率有很大影響。Xd越小，動態(tài)穩(wěn)定極限越大、瞬態(tài)電壓變化率越小；但Xd越小，定子鐵芯要增大，從而使發(fā)電機(jī)體積增大、成本增加。Xd的值主要由定子繞組和勵磁繞組的漏抗值決定。 結(jié)構(gòu)上，Xd與電負(fù)荷A、極距有如下關(guān)系： k為比例系數(shù)?？梢?，要降低Xd，必須減小A或加大，都將使發(fā)電機(jī)尺寸增大。 5什么是發(fā)電機(jī)的直軸超瞬變電抗Xd?與發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系? Xd的大小對系統(tǒng)有什么影響? 答：Xd是代表發(fā)電機(jī)運(yùn)行中三相突然

7、短路最初一瞬問的過渡電抗。發(fā)電機(jī)突然短路時(shí)，轉(zhuǎn)子勵磁繞組和阻尼繞組為保持磁鏈不變，感應(yīng)出對電樞反應(yīng)磁通起去磁作用的電流，將電樞反應(yīng)磁通擠到勵磁繞組和阻尼繞組的漏磁通的路徑上，這個(gè)路徑的磁阻很大即磁導(dǎo)很小，故其相對應(yīng)的直軸電抗也很小，這個(gè)等效電抗稱為直軸超瞬變電抗Xd，也即有阻尼繞組的發(fā)電機(jī)突然短路時(shí)，定子電流的周期分量由Xd來限制。 結(jié)構(gòu)上，Xd主要由發(fā)電機(jī)定子繞組和阻尼繞組的漏抗值決定。 對于無阻尼繞組的發(fā)電機(jī)，則Xd= Xd。 由于Xd的大小影響電力系統(tǒng)突然短路時(shí)短路電流的大小，故Xd值的大小也影響到系統(tǒng)中高壓輸變電設(shè)備特別是高壓斷路器的選擇，如動穩(wěn)定電流等參數(shù)。從電氣設(shè)備選擇來說，希望X

8、d大些，這樣短路電流小一些。 6阻尼繞組的作用是什么? 答：水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)有交、直軸阻尼繞組。阻尼繞組在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子勵磁繞組外疊加的一個(gè)短路鼠籠環(huán)，其作用也相當(dāng)于一個(gè)隨轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動的“鼠籠異步電機(jī)”，對發(fā)電機(jī)的動態(tài)穩(wěn)定起調(diào)節(jié)作用。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，由于定轉(zhuǎn)子磁場是同步旋轉(zhuǎn)的，因此阻尼繞組沒有切割磁通因而也沒有感應(yīng)電流。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)擾動使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于定子磁場的轉(zhuǎn)速時(shí)，阻尼繞組切割定子磁通產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在阻尼繞組上產(chǎn)生的力矩使轉(zhuǎn)子加速，二者轉(zhuǎn)速差距越大，則此力矩越大，加速效應(yīng)越強(qiáng)。反之，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于定子磁場轉(zhuǎn)速時(shí)，此力矩方向相反，是使轉(zhuǎn)子減速的。因此，阻尼繞組對發(fā)電機(jī)運(yùn)行的動態(tài)

9、穩(wěn)定有良好的調(diào)節(jié)作用。 73 Y接線是什么含義?發(fā)電機(jī)為何多采用星形接線? 答：在發(fā)電機(jī)銘牌或圖紙中，我們常見到發(fā)電機(jī)定子繞組的接線方式表示為Y、3 Y、5 Y等。這表示發(fā)電機(jī)是按星形方式接線。3 Y表示發(fā)電機(jī)定子繞組是3路星形并聯(lián)，也可以理解為3個(gè)星形接線的發(fā)電機(jī)并聯(lián)在一起。 由于發(fā)電機(jī)的磁通內(nèi)有較強(qiáng)的3次諧波，如果發(fā)電機(jī)接成線，則3次諧波會在內(nèi)形成回路，造成附加的損耗和發(fā)熱。此，發(fā)電機(jī)定子繞組一般接成Y形，使3次諧波不能形成回路。8什么是勵磁繞組?什么是電樞繞組?答：在電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子繞組中，將空載時(shí)產(chǎn)生氣隙磁場的繞稱為勵磁繞組(或激磁繞組)；將另一產(chǎn)生功率轉(zhuǎn)換(吸收或出有功功率)的繞組稱為

10、電樞繞組?？梢姡啺l(fā)電機(jī)的勵磁組就是轉(zhuǎn)子繞組，而定子繞組則是電樞繞組。異步電動機(jī)的勵繞組是定子繞組，而基本處于短路狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子繞組則是電樞組。9什么是疊繞組?有何特點(diǎn)?什么是波繞組?有何特點(diǎn)?答：疊繞組是任何兩個(gè)相鄰的線圈都是后一個(gè)線圈疊在前一線圈的上面。在制造上，這種繞組的一個(gè)線圈多為一次制造成，這種形式的線圈也稱為框式繞組。這種繞組的優(yōu)點(diǎn)是短矩時(shí)節(jié)省端部用銅，也便于得到較多的并聯(lián)支路。其缺點(diǎn)是端部的接線較長，在多極的大電機(jī)中這些連接線較多，不便布置且用量也很大，故多用于中小型電機(jī)。波繞組是任何兩個(gè)串聯(lián)線圈沿繞制方向象波浪似的前進(jìn)。在造上，這種繞組的一個(gè)線圈多由兩根條式線棒組合而成，故也為

11、棒形繞組。其優(yōu)點(diǎn)是線圈組之間的連接線少，故多用于大型輪發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)場，波繞組的元件直接稱呼為“線棒”。多以“線棒”代替“線圈”。10什么是每極每相槽數(shù)g?什么是整數(shù)槽繞組?什么是分槽繞組?答：對某一具體的發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)定子的槽數(shù)和轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)都已確定。其中有一個(gè)重要的概念是每極每相槽數(shù)q。發(fā)電繞組由A、B、C三相組成，則每一相在定子中所占的槽數(shù)是等的，各13；對應(yīng)于轉(zhuǎn)子的每個(gè)磁極，各相在每個(gè)磁極下對應(yīng)所占的定子槽數(shù)也是相等的。每極每相槽數(shù)q，即在每個(gè)磁極下，每一相應(yīng)該占有的槽數(shù)。 式中Z定子總槽數(shù)； 2p磁極個(gè)數(shù)； m相數(shù)。 由公式可見，q值很容易求得。當(dāng)q為整數(shù)時(shí)，則稱繞組為整數(shù)槽繞組；q為

12、分?jǐn)?shù)時(shí)，則稱繞組為分?jǐn)?shù)槽繞組。如q=3，則表示一個(gè)磁極下，A、B、C三相在定子槽中各占有三槽。如表示一個(gè)磁極下，A、B、c三相在定子槽中各占有槽，也即分?jǐn)?shù)槽?？墒?，一個(gè)定子槽是不可能劈開為分?jǐn)?shù)的。也即114，這就表示，每4個(gè)磁極下，A、B、c三相在定子槽中各占有1l槽，各相磁極下對應(yīng)的總的槽數(shù)還是相等。 11什么是分?jǐn)?shù)槽繞組的循環(huán)數(shù)(或輪換數(shù))?它是如何組成和確定的? 答：在發(fā)電機(jī)定子繞組圖紙的參數(shù)中，我們可以看到繞組循環(huán)數(shù)或輪換數(shù)，如某發(fā)電機(jī)定子為792槽，每極每相槽數(shù)其繞組循環(huán)數(shù)為3233，這個(gè)數(shù)就是分?jǐn)?shù)槽繞組的輪換數(shù)，它與每極每相槽數(shù)是密切相關(guān)的，它表示定子三相繞組的排列中各相對應(yīng)布置的

13、定子槽數(shù)。 上述的3233，其4位數(shù)字相加：3+2+3+3=11；ll為定子槽數(shù)，“位數(shù)”4表示4個(gè)磁極，顯然兩數(shù)分別為每極每相槽數(shù)q=114的分子和分母。它表示定子的所有槽數(shù)排列順序?yàn)椋喊碅相3槽、B相2槽、C相3槽、A相3槽(注意已排了一輪)、B相3槽、C相2槽、A相3槽、B相3槽(注意已排了兩輪)，如此一直將所有的定子槽數(shù)排完(見圖21)。即按3233的順序?qū)⒍ㄗ拥娜坎蹟?shù)均分為三等分，如該發(fā)電機(jī)共有792槽，則以3233這個(gè)順序數(shù)排72輪(721l=792)，就將全部定子槽數(shù)排完了，每相占有264槽(參見本部分13題)。同為114，循環(huán)數(shù)當(dāng)然也可排為2333或3332。之所以選3233

14、，是根據(jù)各種排列在方塊圖上排列顯示后，以其連線最省的原則確定的。也即繞組線棒之間的連接方式，以選用端部接頭最少的波繞方式為佳，繞組端部接線的設(shè)計(jì)應(yīng)使極問連接線的數(shù)量最少。為節(jié)省篇幅，只標(biāo)出一個(gè)支路的連接，中間部分槽省略。 12什么是波繞組的合成節(jié)矩?合成節(jié)矩中的數(shù)值各代表什么意義? 答：合成節(jié)矩是用來表征波繞組連接規(guī)律的參數(shù)。它表明波繞組將各個(gè)線圈串接成完整繞組沿繞制方向前進(jìn)的槽數(shù)，為相鄰兩線圈的對應(yīng)邊相隔的槽數(shù)。如在發(fā)電機(jī)定子繞組圖紙上，我們看到繞組參數(shù)欄內(nèi)標(biāo)有類似1-714這樣的參數(shù)，這個(gè)參數(shù)就是繞組的合成節(jié)矩。 合成節(jié)矩Y=y1+y2；其中節(jié)矩y1，表明一個(gè)定子線圈的一根線棒在N極下而另

15、一根線棒處在s極下，兩端相隔的定子槽數(shù)，1-7表示這個(gè)線圈一端在第1槽而另一端在第7槽，y1=6：節(jié)矩y2，表示該線圈從第7槽出來后下一個(gè)相連的線圈槽號是第14槽，y2=7，則合成節(jié)矩Y=13。14分?jǐn)?shù)槽繞組有何優(yōu)缺點(diǎn)? 答：大型水輪發(fā)電機(jī)多采用分?jǐn)?shù)槽繞組，其優(yōu)點(diǎn)有：能削弱磁極磁場非正弦分布所產(chǎn)生的高次諧波電勢；能有效地削弱齒諧波電勢的幅值，改善電動勢的波形；減小了因氣隙磁導(dǎo)變化引起的每極磁通的脈振幅值，減少了磁極表面的脈振損耗。 其缺點(diǎn)是分?jǐn)?shù)槽繞組的磁動勢存在奇數(shù)次和偶數(shù)次諧波，在某些情況下它們和主極磁場相互作用可能產(chǎn)生一些干擾力，當(dāng)某些干擾力的頻率和定子機(jī)座固有振動頻率重合時(shí)，將引起共振，

16、導(dǎo)致定子鐵芯振動。因此，分?jǐn)?shù)槽q值選擇不當(dāng)也可能帶來很多隱患，這在實(shí)際發(fā)電機(jī)的運(yùn)行中是有例子的。 15什么是齒諧波電勢?削弱齒諧波電勢有哪些方法? 答：在發(fā)電機(jī)繞組電勢的分析中，首先是假定定子繞組的鐵芯表面是平滑的，但實(shí)際上由于鐵芯槽的存在，鐵芯內(nèi)圓表面是起伏的，對磁極來說，氣隙的磁阻實(shí)際上是變化的。磁極對著齒部分，則磁阻小，對著鐵芯線槽口部分的氣隙磁阻就大，隨著磁極的轉(zhuǎn)動，就會由于氣隙磁阻的變化在定子繞組中感應(yīng)電勢。這種由于齒槽效應(yīng)在繞組中感生的電勢就稱為齒諧波電勢。 削弱齒諧波電勢的方法有： (1)采用斜槽，即定子或轉(zhuǎn)子槽與軸線不平行。把定子槽做成不垂直的斜槽或?qū)⒋艠O做成斜極，當(dāng)然這在大型

17、發(fā)電機(jī)中是無法做到的。在小型電機(jī)如異步鼠籠電動機(jī)中，轉(zhuǎn)子繞組采用的就是斜槽。在一些中小型發(fā)電機(jī)中也采用了定子斜槽的方式，一般斜度等于一個(gè)定子槽距。 (2)采用磁性槽楔，即改善磁阻的大小。但目前沒有成熟技術(shù)，也只限于中、小型電動機(jī)上應(yīng)用。 (3)加大定、轉(zhuǎn)子氣隙也能有效地削弱齒諧波，但會使功率因數(shù)變壞，故一般也不采用。 (4)采用分?jǐn)?shù)槽繞組。這是目前大型水輪發(fā)電機(jī)廣泛采用的方法。 16發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的損耗主要有哪些? 答：發(fā)電機(jī)的損耗大致可分為五大類，即定子銅損、鐵損、勵磁損耗、電氣附加損耗、機(jī)械損耗。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，所有的損耗幾乎都以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來。 (1)定子銅損即定子電流流過定子繞組所產(chǎn)生

18、的所有損耗。 (2)鐵損即發(fā)電機(jī)磁通在鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的損耗，主要是主磁通在定子鐵芯內(nèi)產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，還包括附加損耗。 (3)勵磁損耗即轉(zhuǎn)子回路所產(chǎn)生的損耗，主要是勵磁電流在勵磁回路中產(chǎn)生的銅損。 (4)電氣附加損耗則比較復(fù)雜，主要有端部漏磁通在其附近鐵質(zhì)構(gòu)件中產(chǎn)生的損耗、各種諧波磁通產(chǎn)生的損耗、齒諧波和高次諧波在轉(zhuǎn)子表層產(chǎn)生的鐵損等。 (5)機(jī)械損耗主要包括通風(fēng)損耗、軸承摩擦損耗等。 17發(fā)電機(jī)突然短路有哪些危害? 答：(1)發(fā)電機(jī)突然短路時(shí)，發(fā)電機(jī)繞組端部將受到很大的電動力沖擊作用，可能使線圈端部產(chǎn)生變形甚至損傷絕緣。 (2)定、轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)過電壓，對發(fā)電機(jī)絕緣產(chǎn)生不利影響。定子繞組中

19、產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊電流，與過電壓的綜合作用，可能導(dǎo)致絕緣薄弱環(huán)節(jié)的擊穿。 (3)發(fā)電機(jī)可能產(chǎn)生劇烈振動，對某些結(jié)構(gòu)部件產(chǎn)生強(qiáng)大的破壞性的機(jī)械應(yīng)力。 18什么是絕緣的局部放電?發(fā)電機(jī)內(nèi)的局放有哪幾種主要形式? 答：在電場的作用下，絕緣系統(tǒng)中絕緣體局部區(qū)域的電場強(qiáng)度達(dá)到擊穿場強(qiáng)，在部分區(qū)域發(fā)生放電，這種現(xiàn)象稱為局部放電(Partial Discharge)。局部放電只發(fā)生在絕緣局部，而沒有貫穿整個(gè)絕緣。 發(fā)電機(jī)中的局部放電主要有繞組主絕緣內(nèi)部放電、端部電暈放電及槽放電(含槽部電暈)三種。此外，發(fā)電機(jī)中還有一種危害性放電，是由定子線圈股線或接頭斷裂引起的電弧放電，這種放電的機(jī)理與局部放電不同。 19發(fā)電

20、機(jī)主絕緣內(nèi)的局部放電產(chǎn)生的原因是什么?有什么危害? 答：大型發(fā)電機(jī)定子線棒在生產(chǎn)過程中，由于工藝上的原因，在絕緣層問或絕緣層與股線之間可能存在氣隙或雜質(zhì)；運(yùn)行過程中在電、熱和機(jī)械力的聯(lián)合作用下，也會直接或間接地導(dǎo)致絕緣劣化，使得絕緣層間等產(chǎn)生新的氣隙。由于氣隙和固體絕緣的介電系數(shù)不同，這種由氣隙(雜質(zhì))和絕緣組成的夾層介質(zhì)的電場分布是不均勻的。在電場的作用下，當(dāng)工作電壓達(dá)到氣隙的起始放電電壓時(shí)，便產(chǎn)生局部放電。局部放電起始電壓與絕緣材料的介電常數(shù)和氣隙的厚度密切相關(guān)。 氣隙內(nèi)氣體的局部放電屬于流注狀高氣壓輝光放電，大量的高能帶電粒子(電子和離子)高速碰撞主絕緣，從而破壞絕緣的分子結(jié)構(gòu)。在主絕緣

21、發(fā)生局部放電的氣隙內(nèi)，局部溫度可達(dá)到1000，使絕緣內(nèi)的膠粘劑和股線絕緣劣化，造成股線松散、股問短路，使主絕緣局部過熱而熱裂解，最終損傷主絕緣。 局部放電的進(jìn)一步發(fā)展是使絕緣內(nèi)部產(chǎn)生樹枝狀放電，引起主絕緣進(jìn)一步劣化，最終形成放電通道而使絕緣破壞。 20什么是電暈?電暈對發(fā)電機(jī)有什么危害? 答：發(fā)電機(jī)內(nèi)的電暈(Corona)，是發(fā)電機(jī)定子高壓繞組絕緣表面某些部位由于電場分布不均勻，局部場強(qiáng)過強(qiáng)，導(dǎo)致附近空氣電離，而引起的輝光放電?？梢?，電暈是發(fā)電機(jī)局部放電的一種。它產(chǎn)生在絕緣的表面，它與我們所熟悉的一般戶外高壓電場下的導(dǎo)體附近的電暈是有所不同的。 與其他形式的局部放電相比，電暈本身的放電強(qiáng)度并不

22、是很高，但電暈的存在大大的降低了絕緣材料的性能。表面電暈使絕緣表面局部溫度升高，電暈的熱效應(yīng)及其產(chǎn)生的03和N2的化合物(03極易分解與空氣中的氮N2及水分化合生成酸)也會損壞局部絕緣，對黃絕緣來說是將絕緣層變成白色粉末，其程度的深淺與電暈作用時(shí)間有關(guān)，材料表面損壞后，放電集中于凹坑并向絕緣材料內(nèi)部發(fā)展，嚴(yán)重時(shí)發(fā)展為樹枝放電直到擊穿。此外，電暈還使其周圍產(chǎn)生帶電離子，各種不利因數(shù)的疊加，一旦定子繞組出現(xiàn)過電壓，則就有造成線棒短路或擊穿的可能。黃絕緣的擊穿場強(qiáng)隨溫度的升高而略有下降，當(dāng)溫度超過180時(shí)，其擊穿場強(qiáng)將急劇下降。21發(fā)電機(jī)內(nèi)哪些部位易產(chǎn)生電暈? 答：發(fā)電機(jī)一般在機(jī)內(nèi)可能產(chǎn)生外部電暈的

23、部位有：線棒出槽口處。繞組出槽口處屬典型的套管型結(jié)構(gòu)，槽口電場非常集中，是最易產(chǎn)生電暈的地方。鐵芯段通風(fēng)溝處。通風(fēng)槽鋼處屬尖銳邊緣，易造成電場局部不均勻。線棒表面與鐵芯槽內(nèi)接觸不良處或有氣隙處。端箍包扎處。端部異相線棒間。繞組端部電場分布復(fù)雜，特別是線圈與端箍、綁繩、墊塊的接觸部位和邊緣，由于工藝的原因往往很難完全消除氣隙，在這些氣隙中也容易產(chǎn)生電暈。 22發(fā)電機(jī)電暈與哪些因素有關(guān)系? 答：(1)與海拔高度有關(guān)。海拔越高，空氣越稀薄，則起暈放電電壓越低。 (2)與濕度有關(guān)。濕度增加，表面電阻率降低，起暈電壓下降。 (3)端部高阻防暈層與溫度有關(guān)。如常溫下高阻防暈層阻值高，則溫度升高其起暈電壓也

24、提高。常溫下如高阻防暈層阻值偏低，起暈電壓隨溫度升高而下降。 (4)槽部電暈與槽壁間隙有關(guān)。線棒與鐵芯線槽壁間的間隙會使槽部防暈層和鐵芯間產(chǎn)生電火花放電。環(huán)氧粉云母絕緣最易產(chǎn)生局部放電的危險(xiǎn)間隙在是O203mm左右。目前我國高壓大電機(jī)采用的環(huán)氧粉云母絕緣的線膨脹系數(shù)很小，在正常運(yùn)行條件下，環(huán)氧粉云母絕緣的線棒的膨脹量不能填充線棒和鐵芯間的間隙。這是與黑絕緣區(qū)別比較大的地方。 (5)與線棒所處部位的電位和電場分布有關(guān)。越高越易起暈，電場分布越不均勻越易起暈。 23什么是電腐蝕?什么是內(nèi)腐蝕和外腐蝕? 防止電腐蝕的措施有哪些? 答：電腐蝕是發(fā)生在發(fā)電機(jī)槽部定子線棒防暈層表面和定子槽壁之間因失去電接

25、觸而產(chǎn)生的容性放電，從而引起線棒表面的腐蝕和損傷。這種容性放電的放電能量比純電暈放電要大得多，嚴(yán)重時(shí)發(fā)展為火花放電?；鸹ǚ烹姕囟瓤筛哌_(dá)攝氏幾百度至上千度。同樣，放電使空氣電離產(chǎn)生的臭氧與空氣中的氮、水分產(chǎn)生化學(xué)作用，對線棒表面和鐵芯產(chǎn)生腐蝕。電腐蝕輕者，使線棒防暈層及主絕緣表面變白并有不同程度的蠶食；嚴(yán)重者防暈層損壞，主絕緣外露或出現(xiàn)麻點(diǎn)，引起線棒表面防暈層乃至主絕緣、墊條的燒損。這種引起線棒防暈層、主絕緣、墊條等損傷的情況統(tǒng)稱為“電腐蝕”。 根據(jù)電腐蝕產(chǎn)生的部位分外腐蝕和內(nèi)腐蝕。外腐蝕指發(fā)生在防暈層和定子槽壁之間的電腐蝕；內(nèi)腐蝕是指發(fā)生在防暈層和主絕緣之間的電腐蝕。內(nèi)腐蝕的原因是由于線棒的表

26、面防暈層與線棒主絕緣之間粘接接觸不好，存在微小空氣氣隙的緣故，如主絕緣表面不平整，半導(dǎo)體漆沒有浸透或半導(dǎo)體漆本身的問題等。隨著發(fā)電機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，“內(nèi)腐蝕”基本上已成為了一個(gè)歷史名詞。 防止電腐蝕的措施有：定子槽內(nèi)在下線前噴低阻半導(dǎo)體漆。選擇合適的低阻半導(dǎo)體墊條，打緊槽楔，保證線棒直線部分表面防暈層的完好，使線棒表面防暈層與墊條或鐵芯壁有良好的接觸。改進(jìn)線棒槽內(nèi)固定方式。改進(jìn)制造工藝水平，如線棒的尺寸和平直度、鐵芯的制造和疊片公差等。良好的線棒制造工藝和整機(jī)制造水平是減少電腐蝕發(fā)生的有力保證。 目前我國在線棒防暈和防止電腐蝕方面有了長足的進(jìn)步，如主絕緣和防暈層同時(shí)熱壓成型、半導(dǎo)體適型氈工藝、

27、線棒采用半導(dǎo)體槽襯槽內(nèi)固定等。 24永磁發(fā)電機(jī)有什么作用?一般采用什么類型的永磁機(jī)? 答：永磁發(fā)電機(jī)位于發(fā)電機(jī)組的機(jī)頭部分，與發(fā)電機(jī)組同軸同步旋轉(zhuǎn)。其作用主要是為水輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)采集機(jī)組頻率提供信號電源(除此信號電源外，一般機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)還通過發(fā)電機(jī)出口的電壓互感器取得信號)和給機(jī)組轉(zhuǎn)速繼電器供電。 永磁機(jī)以往多采用三相凸極式，即以永久磁鋼作磁極旋轉(zhuǎn)，體積很大。現(xiàn)廣泛采用的單相感應(yīng)子式永磁機(jī)，體積很小。近來，也有的電廠以安裝在大軸上的齒盤測速裝置來代替永磁機(jī)。新建電廠的機(jī)組則有取消永磁機(jī)的趨勢。 。 25感應(yīng)子式永磁機(jī)轉(zhuǎn)子沒有線圈也沒有極性，為什么永磁機(jī)也能發(fā)出交流電?它是如何反映機(jī)組轉(zhuǎn)速的?

28、答：凡能變更線圈所耦合的磁通，都能使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電勢，不一定要有旋轉(zhuǎn)的線圈或磁極。感應(yīng)子式永磁發(fā)電機(jī)就是基于轉(zhuǎn)子表面齒槽的存在而使定轉(zhuǎn)子間的氣隙磁導(dǎo)發(fā)生周期性地變化而感應(yīng)出交流電的。永磁機(jī)轉(zhuǎn)子上沒有繞組，只有帶齒槽的鐵芯，依靠齒槽的存在使定轉(zhuǎn)子氣隙磁導(dǎo)發(fā)生周期性的變化，而定子繞組感應(yīng)發(fā)電，所以轉(zhuǎn)子也稱為感應(yīng)子。單相感應(yīng)子式發(fā)電機(jī)的電壓波形與轉(zhuǎn)子齒槽形狀密切相關(guān)，因此只能是近似的正弦波。永磁機(jī)的氣隙磁通的利用率很低，只有其交變分量用來感應(yīng)電勢，而交變分量一般只占?xì)庀洞磐ǖ?5左右。 永磁機(jī)定子內(nèi)部內(nèi)置的永久磁鋼為定、轉(zhuǎn)子提供了恒定磁場，感應(yīng)子轉(zhuǎn)動過程中，當(dāng)齒部對著定子表面時(shí)，空氣隙小而磁通大，當(dāng)

29、凹部對著定子表面時(shí)，空氣隙大而磁通小，這樣磁通的交替變化，氣隙中就產(chǎn)生了一個(gè)交變分量，交變分量的一個(gè)周期相當(dāng)于一個(gè)轉(zhuǎn)子齒距，這交變分量就在定子繞組內(nèi)感應(yīng)出交流電勢。也即轉(zhuǎn)子的一個(gè)齒相當(dāng)于凸極發(fā)電機(jī)的一對極，其產(chǎn)生的頻率為：，式中：Z2為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，n為機(jī)組轉(zhuǎn)速。由式中可見，只要Z2選擇得與機(jī)組發(fā)電機(jī)的磁機(jī)對數(shù)(P)相等，則永磁機(jī)的頻率嚴(yán)格反應(yīng)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化。這就是為什么從永磁機(jī)中提取頻率信號的原因。 26什么是發(fā)電機(jī)的軸電壓和軸電流?軸電壓產(chǎn)生的原因是什么?它對發(fā)電機(jī)的運(yùn)行有何危害? 答：發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)動過程中，只要有不平衡的磁通交鏈在轉(zhuǎn)軸上，那么在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸的兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)電勢。這個(gè)感應(yīng)電

30、勢就稱為軸電壓。當(dāng)軸電壓達(dá)到一定值時(shí)，通過軸承及其底座等形成閉合回路產(chǎn)生電流，這個(gè)電流稱為軸電流。為了消除軸電壓經(jīng)過軸承、機(jī)座與基礎(chǔ)等處形成的電流回路，防止軸電流燒壞瓦面，所以要將軸承座對地絕緣。為防止轉(zhuǎn)軸形成懸浮電位，同時(shí)轉(zhuǎn)軸還要通過電刷接地。此電刷接地可與轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)要求的“接地”共用為一個(gè)。防止軸電壓的重點(diǎn)在于防止軸電流的形成，軸承間只要不形成軸電流回路，則不需對所有的軸承絕緣。電磁軸電壓主要可分為兩部分，一是軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)切割不平衡 圖23垂直軸向交鏈磁通產(chǎn)生的軸電壓和軸電流示意圖磁通而在轉(zhuǎn)軸兩端產(chǎn)生的軸電壓，二是由于存在軸向漏磁通而在轉(zhuǎn)軸兩端產(chǎn)生的軸電壓。造成發(fā)電機(jī)磁場不平衡的原因主

31、要有：定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙不均勻。磁路不平衡。如定子分瓣鐵芯、定子鐵芯線槽引起的磁通變化，極對數(shù)和定子鐵芯扇形片接縫數(shù)目的關(guān)系等。制造、安裝造成的磁路不均衡。此外分?jǐn)?shù)槽繞組的電樞反應(yīng)也會在轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生軸電壓。圖2-3為垂直軸向交鏈磁通產(chǎn)生的軸電壓和軸電流示意圖。當(dāng)軸承底座絕緣墊因油污、損壞或老化等原因失去絕緣性能時(shí)，則軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜而發(fā)生放電。放電會使?jié)櫥偷挠唾|(zhì)逐漸劣化，放電的電弧會使轉(zhuǎn)軸頸和軸瓦燒出麻點(diǎn)，嚴(yán)重者會造成事故。 27什么是發(fā)電機(jī)的“調(diào)相運(yùn)行”? 答：發(fā)電機(jī)的調(diào)相運(yùn)行，是指發(fā)電機(jī)不發(fā)出有功功率，只用來向電網(wǎng)輸送感性無功功率的運(yùn)行狀態(tài)，從而起到調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功、維持系統(tǒng)電壓

32、水平的作用。調(diào)相運(yùn)行是使發(fā)電機(jī)工作在電動機(jī)狀態(tài)(即空轉(zhuǎn)的同步電動機(jī))，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)消耗的有功功率可來自原動機(jī)也可來自系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)作調(diào)相運(yùn)行時(shí)，既可過勵磁運(yùn)行也可欠勵磁運(yùn)行。過勵磁運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出感性無功功率；欠勵磁運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)出容性無功功率。一般作調(diào)相運(yùn)行時(shí)均是指發(fā)電機(jī)工作在過勵磁即發(fā)出感性無功功率的狀態(tài)。 水輪發(fā)電機(jī)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的，一般不考慮作調(diào)相運(yùn)行。 28什么是發(fā)電機(jī)的“進(jìn)相運(yùn)行”?對發(fā)電機(jī)有何影響?針對進(jìn)相應(yīng)對發(fā)電機(jī)作哪些檢查? 答：電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，其負(fù)荷是呈感性的。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，電壓的相位是超前電流的相位的，此時(shí)發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)發(fā)出有功功率和感性的無功功率。如果發(fā)電機(jī)的

33、運(yùn)行中出現(xiàn)電流的相位超前于電壓的相位情況時(shí)，我們稱此時(shí)發(fā)電機(jī)處于進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)發(fā)出有功功率和吸收感性無功功率(或稱發(fā)出容性的無功功率)。 當(dāng)電力系統(tǒng)的無功功率過剩時(shí)，系統(tǒng)的電壓就會升高，降低電壓的措施之一就是讓發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)過剩的無功讓其運(yùn)行在進(jìn)相狀態(tài)。吸收越多，則進(jìn)相越深。一般情況下，發(fā)電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)也考慮了這種對發(fā)電機(jī)不利的運(yùn)行情況，允許發(fā)電機(jī)作短時(shí)的進(jìn)相運(yùn)行。 但不同的發(fā)電機(jī)在作進(jìn)相運(yùn)行時(shí)可能表現(xiàn)出較大的差異。發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)端部的漏磁比正常情況下有所增加，因而使端部的金屬件發(fā)熱、局部溫度升高，同時(shí)端部振動也增加。進(jìn)相深度越大，端部溫升越高。據(jù)試驗(yàn)實(shí)測，進(jìn)相時(shí)定子鐵

34、芯端部最高溫度發(fā)生在鐵芯齒頂處，其次是壓指處，這與理論分析是一致的。 針對發(fā)電機(jī)進(jìn)相特別是深度進(jìn)相后，檢修時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查定子繞組的上下端部，特別是鐵芯齒頂、線棒出槽口處和壓指部分有無異常。發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)上報(bào)處理，不適宜再作進(jìn)相運(yùn)行的發(fā)電機(jī)應(yīng)申請停止。進(jìn)相對發(fā)電機(jī)的不良影響比較復(fù)雜，可能需長期的運(yùn)行才能發(fā)現(xiàn)問題。 29為什么發(fā)電機(jī)停機(jī)采用電氣制動?如何實(shí)現(xiàn)? 答：一般水輪發(fā)電機(jī)在停止轉(zhuǎn)動的過程中，由于轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)推力軸承的油膜破壞會損壞軸承；因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定程度時(shí)，要采取機(jī)械制動的方式使發(fā)電機(jī)組盡快停機(jī)，如頂起轉(zhuǎn)子的風(fēng)閘等。但對轉(zhuǎn)動慣量很大的發(fā)電機(jī)組采用這種方式則比較困難，因此引入了

35、電氣制動的方法。電氣制動采用定子繞組三相對稱短路、轉(zhuǎn)子加勵磁使定子繞組產(chǎn)生額定電流大小的制動電流的方式，從而產(chǎn)生電磁制動力矩，實(shí)現(xiàn)電氣制動，迅速停機(jī)。具體方法是在發(fā)電機(jī)的出口側(cè)安裝三相短路開關(guān)，當(dāng)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到某一定值時(shí)，投入制動開關(guān)，然后，電氣制動的控制裝置在勵磁繞組投入由低壓廠用電系統(tǒng)整流而來的勵磁電流，使定子產(chǎn)生的電氣制動電流迅速上升至發(fā)電機(jī)的額定電流，使發(fā)電機(jī)工作在制動狀態(tài)。制動過程中，定子電流和轉(zhuǎn)子電流均保持恒定，故制動力矩隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的降低而增大。 正常停機(jī)制動可采用兩種方式，一種方式是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至某一值，如5060額定轉(zhuǎn)速時(shí)，投入電氣制動裝置，經(jīng)幾分鐘后機(jī)組全停；另一種方式

36、是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至某一值如5060額定轉(zhuǎn)速時(shí)投入電氣制動，轉(zhuǎn)速降至510的發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)投入機(jī)械制動，制動時(shí)間可縮短一些。 30什么是發(fā)電機(jī)絕緣的在線監(jiān)測?在線監(jiān)測有哪些方法? 答：在線監(jiān)測是區(qū)別于我們所熟悉的常規(guī)離線絕緣測試方法如介損、泄漏電流測試等，而在發(fā)電機(jī)運(yùn)行工作電壓下對發(fā)電機(jī)絕緣進(jìn)行的連續(xù)測量。目前發(fā)電機(jī)的絕緣在線監(jiān)測主要是發(fā)電機(jī)局部放電的在線監(jiān)測。局部放電在線監(jiān)測是在發(fā)電機(jī)內(nèi)(或出線回路上)永久性地安裝傳感器，這些傳感器可以連接到某種便攜式的局放測試儀，對局部放電進(jìn)行定期監(jiān)測，或連接到某種固定式的局部放電監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。目前在線監(jiān)測主要指后者。局部放電與發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣

37、狀況密切相關(guān)。應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以對運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)持續(xù)地進(jìn)行局部放電監(jiān)測。連續(xù)測取比離線監(jiān)測能測取到更真實(shí)的反映發(fā)電機(jī)絕緣狀況的數(shù)據(jù)。 發(fā)電機(jī)絕緣的在線監(jiān)測方法按所取信號的種類可分為非電測法和電測法。 非電測法，是通過聲學(xué)、特征氣體等非電參量進(jìn)行監(jiān)測的方法。這些方法的優(yōu)點(diǎn)是無需測取電量，測量中不受電氣干擾。缺點(diǎn)是判斷依據(jù)存在準(zhǔn)確性方面的問題，也不能定量。主要有：超聲波檢測。局部放電同時(shí)產(chǎn)生聲脈沖，其頻譜約為 Hz，但其聲信號非常微弱。超聲波檢測即將其聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號后放大輸出。特征氣體檢測。如臭氧濃度檢測法，由于臭氧是發(fā)電機(jī)電暈的特征氣體，通過對臭氧濃度的測試來判斷發(fā)電機(jī)電暈的狀況。在國

38、外省的機(jī)組中，在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞里就設(shè)置了臭氧(03)檢測裝置，以確定發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中的局部放電強(qiáng)度。目前，這種方式是作為局部放電電測法的一種補(bǔ)充方法。歐洲的一種觀點(diǎn)認(rèn)為：與局放電測法相比，03檢測能獨(dú)自對發(fā)電機(jī)端部電暈進(jìn)行定量評估。結(jié)合電測法，是分析發(fā)電機(jī)局部放電最有效的辦法。這種方法在國內(nèi)還沒有應(yīng)用。離子式過熱診斷法。早期在上世紀(jì)60年代國外就開始應(yīng)用，這種方法是將發(fā)電機(jī)冷卻用的循環(huán)氫氣采樣引入到測定器內(nèi)，利用發(fā)電機(jī)絕緣因局部放電后產(chǎn)生的熱解離子，通過檢測離子濃度的方法來檢測發(fā)電機(jī)的絕緣狀態(tài)。這種方式應(yīng)用很少。氣相色譜法。這種方法是從發(fā)電機(jī)中采集氣體，利用氣相色譜分析法來推定采得的氣體中的有機(jī)物成

39、分，這種方式也只能由于氫氣冷卻的發(fā)電機(jī)，根據(jù)循環(huán)氫氣中的所含混合其他的成分和數(shù)量，來推斷絕緣的狀態(tài)。后兩種化學(xué)方法不適合水輪發(fā)電機(jī)使用。 電測法即在線監(jiān)測發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中局部放電的電量參數(shù)，如絕緣局部放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖電流(脈沖電流法，即ERA法)或局部放電時(shí)產(chǎn)生的電磁輻射波(無線電干擾電壓法，即RIV法)等。脈沖電流法可以根據(jù)局部放電的等效電路來校定視在放電電荷，相對檢測靈敏度也較高。目前脈沖電流法是發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測應(yīng)用最主要的方法。 31發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測電測法有哪些主要方法? 答：發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測，目前以電測法的脈沖電流法(ERA)為主流方法。根據(jù)檢測裝置響應(yīng)帶寬，發(fā)電機(jī)絕

40、緣的局部放電裝置可分為窄帶檢測裝置和寬帶檢測裝置，目前的檢測設(shè)備普遍都采用寬帶裝置。 發(fā)電機(jī)在線局部放電監(jiān)測的首要關(guān)鍵技術(shù)之一是如何取得故障信號，也即根據(jù)傳感器而對應(yīng)的檢測技術(shù)。根據(jù)發(fā)電機(jī)的局部放電在線檢測傳感器的型式和布置，主要有以下幾種監(jiān)測方法： (1)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)耦合射頻監(jiān)測法。 其理論原理是：當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)任何部位產(chǎn)生局部放電時(shí)，都會產(chǎn)生頻率很寬的電磁波，而發(fā)電機(jī)內(nèi)任何地方產(chǎn)生的相應(yīng)的射頻(Radio Frequency)電流會流過中性點(diǎn)接地線，因而局部放電的傳感器可以選擇在中性點(diǎn)接地線上，從而提取局部放電的電磁信號。發(fā)電機(jī)主絕緣上的局部放電可以看作是一個(gè)點(diǎn)信號源，由局部放電所引起的電磁擾

41、動在空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁波，由于發(fā)電機(jī)不同槽間電磁耦合比較弱，所以可以用傳輸線理論來分析脈沖在繞組中的傳播，即繞組中的放電脈沖以一定的速度沿繞組傳播。根據(jù)這種理論，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處安裝寬頻電流互感器，就可以監(jiān)測到局部放電高頻放電波形，以監(jiān)測發(fā)電機(jī)內(nèi)部放電量及放電量變化。 射頻監(jiān)測法利用寬頻帶的高頻電流傳感器從發(fā)電機(jī)定子繞組中性線上拾取高頻放電信號，以反映定子線圈內(nèi)部放電現(xiàn)象。這種監(jiān)測法的優(yōu)點(diǎn)是中性線對地電位低，高頻CT傳感器制作與安裝相對容易；缺點(diǎn)是由于信號衰減厲害，對信號處理技術(shù)要求較高。另外，不同大小的發(fā)電機(jī)，其槽間的電磁耦合差異較大，并不都是可以忽略的，故傳輸線理論分析有很大的誤差，尤其對槽

42、數(shù)多的大型水輪發(fā)電機(jī)。 (2)便攜式電容耦合監(jiān)測法。 20世紀(jì)70年代加拿大研制的一種局部放電在線監(jiān)測裝置。監(jiān)測放電信號時(shí)，將3個(gè)電容(如每個(gè)375pF，25kV)搭接在發(fā)電機(jī)三相出線上，信號通過帶通濾波器(如30kHz至1MHz)引入示波器，并顯示出放電信號的時(shí)域波形。這種方法在加拿大的一些電廠目前仍在應(yīng)用。它的缺點(diǎn)是要依靠有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來區(qū)分外部干擾信號和內(nèi)部放電信號。 (3)發(fā)電機(jī)出口母線上耦合電容器法。 傳感器采用固定安裝形式，在發(fā)電機(jī)出口母線上的每相安裝一個(gè)電容耦合器和在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)安裝一個(gè)電容耦合器或高頻電流傳感器。其原理是安裝于母線出口的電容耦合器用于測取來自發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部

43、的局部放電脈沖信號，安裝在中性點(diǎn)上的電容耦合器用于監(jiān)測現(xiàn)場的空間噪聲，相應(yīng)測試儀器為4通道的監(jiān)測儀器。這種方法對應(yīng)的測試儀，采用硬件和軟件等方法對現(xiàn)場主要影響局部放電測量的噪訊進(jìn)行消除。如來自勵磁的電刷產(chǎn)生的噪聲是通過系統(tǒng)分析軟件進(jìn)行消除；來自空間的噪訊通過天線接收，采用對比的方法進(jìn)行消除。也有的未采用中性點(diǎn)部位的傳感器，而采用軟件法消除噪聲。其中一個(gè)缺點(diǎn)是耦合電容位于發(fā)電機(jī)高壓側(cè)，其本身的可靠性影響到機(jī)組的可靠性。這是目前應(yīng)用比較多的一種方法，水輪發(fā)電機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)均能使用，在歐洲應(yīng)用較多。 (4)發(fā)電機(jī)出口母線上成對耦合電容器法。 這種方法的局部放電信號是通過安裝在發(fā)電機(jī)定子繞組上各相匯流

44、環(huán)或發(fā)電機(jī)出口母線上的高壓耦合電容器獲取的，每相各有一對耦合電容器，每對耦合器的安裝位置有一定的空間距離，以便消除來自電機(jī)外部的干擾。 由于每相安裝有一定空間距離的雙傳感器，利用放電脈沖信號和外界干擾信號到達(dá)兩個(gè)傳感器的時(shí)延的不同，來消除隨機(jī)脈沖型干擾信號，利用繞組內(nèi)放電信號和外部噪聲信號在繞組中傳播時(shí)具有不同特點(diǎn)來抑制噪聲，提取放電信號。同時(shí)，利用數(shù)字濾波、幅值鑒別、動態(tài)閥值等軟件處理方法濾除其他干擾。傳感器耦合到的6路信號進(jìn)入信號調(diào)理單元后，經(jīng)由多路開關(guān)選通其中一相對應(yīng)的兩路信號進(jìn)行放大處理，然后進(jìn)入采集卡，再由采集卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號實(shí)施監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理。 這種監(jiān)測法適用于水輪發(fā)電機(jī)，因水輪發(fā)

45、電機(jī)相對體積大，便于耦合器安裝。此法是以成對耦合器上的兩并聯(lián)支路完全對稱來消除干擾的，實(shí)際上使兩支路參數(shù)完全對稱是很難的，因此應(yīng)盡可能減少這種不對稱或采用延時(shí)線進(jìn)行補(bǔ)償，以提高抑制干擾的能力。另一缺點(diǎn)同上，即耦合電容的可靠性影響到機(jī)組的可靠性。北美的公司較多的采用了這種監(jiān)測法。 (5)發(fā)電機(jī)定子槽耦合器法。 這種方法是直接在定子槽內(nèi)安裝耦合傳感器SSC(Stator SlotCoupler)，這種定子槽耦合器是一種用于檢測局放信號的“天線”，它裝在靠近出口端的定子槽的槽楔下面。每個(gè)SSC約50cm長、17mm厚，與定子槽等寬。定子槽耦合器在頻率從101000MHz范圍內(nèi)有相當(dāng)好的頻率響應(yīng)，因此

46、它能檢測到沿定子槽的高頻信號比較真實(shí)的脈沖波形。 定子槽耦合器最先是為了能在大型汽輪發(fā)電機(jī)有效地檢測到局部放電脈沖而提出的，它的重要特點(diǎn)是對局部放電和電噪聲能產(chǎn)生不同的脈沖響應(yīng)。理論研究與實(shí)際測量表明，定子繞組產(chǎn)生的局部放電脈沖約以15ns寬的脈沖能被SSC檢測出來，而所有的各種內(nèi)部與外部噪聲則以大于20ns寬的脈沖形式被檢測出來，這是因?yàn)樵肼暯?jīng)繞組傳播時(shí)，定子繞組起了自然濾波的作用。脈沖寬度的這種明顯差別使得它能很容易把定子局部放電和其他干擾噪聲區(qū)別開來。 這種方法適用于大型汽輪發(fā)電機(jī)使用，其優(yōu)點(diǎn)是局部放電信號和噪聲信號的區(qū)別能力強(qiáng)，靈敏度在這幾種方法中也最高；但此法要求在發(fā)電機(jī)繞組的槽楔下

47、面埋設(shè)特制的SCC，故在耦合器的制作與埋置方面成本很高，在多支路多槽數(shù)的水輪發(fā)電機(jī)的應(yīng)用中受到限制。 (6)以埋置在定子槽里的電阻式測溫元件導(dǎo)線作傳感器的監(jiān)測法。 這種方法是把埋置在定子槽里的某些電阻式測溫元件(RTD)導(dǎo)線作為局部放電傳感器，而不需另裝其他傳感器。這種方法理論上與SSC法有相似之處，且利用預(yù)先埋置在定子某些槽里的電阻式測溫元件(RTD)導(dǎo)線作為放電傳感器測量局部放電脈沖，對發(fā)電機(jī)回路不會帶來任何影響，附加成本低。這種局放傳感器頻率特性也較寬(約330MHz)，便于將局放脈沖與噪聲脈沖區(qū)別開來。這種方法目前還處在探索實(shí)驗(yàn)階段，應(yīng)該說這是一個(gè)很有發(fā)展前景的監(jiān)測方式。 我國目前還沒

48、有頒布發(fā)電機(jī)局放在線檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE在其2000年頒布的關(guān)于電機(jī)局部放電監(jiān)測的試用標(biāo)準(zhǔn)(IEEE TrialUse Guide t0 the Measurement of Partial Discharges in RotatingMachinery)中主要推薦了采用電容耦合法與定子槽耦合法進(jìn)行發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測。32什么是發(fā)電機(jī)定子繞組的主絕緣? 答：線棒是組成發(fā)電機(jī)定子繞組的基本構(gòu)件，發(fā)電機(jī)定子繞組的主絕緣就是指發(fā)電機(jī)線棒的絕緣。組成發(fā)電機(jī)線棒的各根股線(自帶絕緣層的導(dǎo)線)經(jīng)過編織、換位和膠化成型后，然后整體連續(xù)包繞絕緣層，以某種工藝固化成型。這個(gè)絕緣層就是發(fā)電機(jī)定子繞組的主絕

49、緣，見圖2-4。 以往發(fā)電機(jī)定子還有所謂非連續(xù)絕緣，即線棒在定子槽部的直線段采用一種固化工藝成型，而線棒端部采用其他的方式包繞絕緣，現(xiàn)已淘汰。 33發(fā)電機(jī)使用什么類型的主絕緣材料?多膠帶與少膠帶有什么區(qū)別?主絕緣經(jīng)歷了哪些發(fā)展過程? 答：發(fā)電機(jī)使用的主絕緣材料基本是云母制品，云母制品中主要成分是云母。發(fā)電機(jī)主絕緣由云母、膠黏劑和補(bǔ)強(qiáng)材料這三部分構(gòu)成。以前主絕緣采用天然的剝片云母，為了提高原材料的性能和利用率，現(xiàn)廣泛采用粉云母。粉云母厚度均勻，電氣性能穩(wěn)定，生產(chǎn)成本較片云母低。 主絕緣的電氣性能和機(jī)械性能在某種程度上取決于主絕緣的固化工藝和參數(shù)，而其固化的工藝參數(shù)又是由絕緣帶內(nèi)所含的黏接膠劑決定

50、的。根據(jù)絕緣帶內(nèi)的黏接膠的含量，目前主絕緣用的云母帶可分為多膠粉云母帶(含膠量為3240)和少膠粉云母帶(68)。兩者的絕緣固化成型工藝有很大的區(qū)別，其固化工藝根據(jù)膠的含量有液壓和模壓的方式。 大型發(fā)電機(jī)的絕緣，歐洲在1910年，就采用了蟲膠云母箔卷烘絕緣；1930開始使用以瀝青及其復(fù)合物取代蟲膠作為云母的膠黏劑；1954年開始使用以環(huán)氧樹脂為膠黏劑的多膠云母帶。我國于1966年第一臺采用環(huán)氧粉云母絕緣的發(fā)電機(jī)是鹽鍋峽1號機(jī)(當(dāng)時(shí)僅采用了14瓣定子線棒)，直到80年代才開發(fā)和應(yīng)用了電氣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度都較高的高云母含量的F級環(huán)氧粉云母帶。 蟲膠云母箔卷烘絕緣采用天然蟲膠作云母的黏接劑，熱壓成型，

51、未經(jīng)真空處理，蟲膠溶劑揮發(fā)后，則絕緣內(nèi)會殘留空隙。瀝青浸漬云母絕緣以剝片云母為基，以瀝青作云母的黏接劑。瀝青膠密實(shí)性較好，但使用年限長后易干枯龜裂，內(nèi)部游離腐蝕嚴(yán)重。從過去解剖退下來的舊線棒可見，絕緣層脫殼且間隙較大，有的大的間隙甚至可以塞進(jìn)鋼板尺。這兩種絕緣基本上已不再用于發(fā)電機(jī)絕緣。 在高壓電機(jī)絕緣的發(fā)展過程中，曾采用過其他的材料來代替云母材料，但未能取得成功。目前大型發(fā)電機(jī)主絕緣材料普遍使用環(huán)氧玻璃粉云母帶，以粉云母為基料，補(bǔ)強(qiáng)材料為玻璃布或滌綸纖維氈，黏合劑為環(huán)氧樹脂黏接劑體系，耐熱等級多為B、F級。現(xiàn)在主絕緣的特點(diǎn)是以熱固性黏合劑取代以往使用的瀝青漆和蟲膠，以玻璃布代替以往的云母帶紙

52、或電話紙作襯墊補(bǔ)強(qiáng)材料，以粉云母代替片云母。與以往的紙帶作襯墊補(bǔ)強(qiáng)材料相比，玻璃纖維的耐熱性更好，以玻璃纖維織物作補(bǔ)強(qiáng)材料，使絕緣的耐熱性和機(jī)械性能都得到了改善。用于云母制品的膠黏劑的發(fā)展主要經(jīng)歷了有蟲膠漆、瀝青漆、醇酸漆、環(huán)氧桐油酸酐膠、環(huán)氧聚酯漆及有機(jī)硅漆等。絕緣結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，使新型絕緣比以往的絕緣具有更優(yōu)異的性能。雖然云母絕緣制品中的主要成分是云母，但在整個(gè)絕緣構(gòu)成中，膠黏劑是影響絕緣帶電氣、機(jī)械性能和質(zhì)量的主要因素，還決定云母絕緣的耐熱等級，此外，還取決于主絕緣的固化成型工藝。定子繞組主絕緣的固化成型是一種高分子物質(zhì)在高溫高壓狀態(tài)下聚合反應(yīng)的復(fù)雜過程，其加工質(zhì)量與溫度、時(shí)間、壓力的準(zhǔn)確

53、控制及其有機(jī)結(jié)合密切相關(guān)，固化工藝也是各廠家的質(zhì)量保證所在。目前主絕緣所采用的少膠和多膠絕緣帶仍是兩條平行的絕緣工藝路線。 34什么是線棒絕緣的少膠VPI工藝?其應(yīng)用情況如何? 答：VPI即“真空壓力浸漬(vacuumpressure impregnation)”之意，是針對少膠云母帶作主絕緣的一種使線棒絕緣固化成型的工藝，這種絕緣固化工藝從上世紀(jì)40年代起即開始使用。少膠VPI工藝線棒絕緣成型是在線棒上連續(xù)包繞少膠云母帶完成后，在專用容器內(nèi)通過抽真空將線棒絕緣層間的空氣排除，用高壓將無溶劑浸漬樹脂注入絕緣層中，再置于模具中經(jīng)過高溫固化使絕緣成為一個(gè)整體。少膠VPI絕緣成型工藝的特點(diǎn)是生產(chǎn)效率

54、高，絕緣的整體性能好，絕緣層問可以基本做到無氣隙，因而絕緣內(nèi)部的氣體游離放電、電暈和發(fā)熱較小，絕緣壽命好；但其生產(chǎn)設(shè)備價(jià)格昂貴、工藝復(fù)雜。 國外采用該絕緣工藝的廠家較多，到目前為止，已應(yīng)用在額定電壓為27kV的汽輪發(fā)電機(jī)組和額定電壓為20kV的水輪發(fā)電機(jī)組上。國內(nèi)有的廠家也開始使用VPI工藝。 35線棒主絕緣的多膠固化工藝有哪些?其應(yīng)用情況如何? 答：多膠固化工藝是針對采用多膠云母帶作主絕緣的一種使線棒絕緣成型的固化工藝。多膠連續(xù)絕緣的固化又分為多膠真空模壓和多膠液壓工藝，這種工藝對生產(chǎn)工藝和設(shè)備要求較低，在上世紀(jì)50年代已開始應(yīng)用。 線棒多膠帶真空模壓成型工藝，是在線棒上連續(xù)包繞多膠云母帶完

55、成后，采用真空干燥除去絕緣層和云母帶中的空氣、揮發(fā)成分，再置于模具中加熱、加壓，使云母帶中多余的樹脂流動，填充絕緣層中的空隙，樹脂固化后，絕緣層中基本無空隙。這種方法可將半導(dǎo)體防暈層一次模壓完成，即將防暈層與主絕緣同時(shí)包扎后一起固化，使得防暈層與主絕緣黏接為無氣隙的整體，有效提高防暈效果。多膠模壓方法雖然應(yīng)用壓模較多，生產(chǎn)效率較低，但線棒形狀是最好的。更低一些電壓等級的電機(jī)線圈，直接加熱模壓，不用抽真空處理。 線棒多膠液壓成型工藝，是在線棒上連續(xù)包繞多膠云母帶后，將線棒送人專用液壓罐，經(jīng)過真空干燥處理后，以瀝青為介質(zhì)加溫加壓使絕緣固化成為一個(gè)整體。但這種工藝的線棒幾何尺寸不如模壓線棒精確。 國

56、外使用多膠液壓成型工藝的廠家也有不少，目前已應(yīng)用于額定電壓為24kV的發(fā)電機(jī)上。 國內(nèi)生產(chǎn)廠家目前在大型發(fā)電機(jī)組上基本采用多膠連續(xù)絕緣和多膠熱模壓絕緣成型工藝。采用多膠絕緣熱模壓工藝生產(chǎn)并已投運(yùn)的汽輪發(fā)電機(jī)最高額定電壓達(dá)到22kV，水輪發(fā)電機(jī)最高額定電壓達(dá)到20kV。 36什么皂黑絕緣?什么是黃絕緣? 答：黑絕緣是以前發(fā)電機(jī)定子繞組主絕緣采用瀝青云母絕緣的俗稱，而黃絕緣是主絕緣采用環(huán)氧玻璃粉云母絕緣的俗稱。目前，黑絕緣已經(jīng)淘汰，黃絕緣廣泛用于B級和F級發(fā)電機(jī)絕緣。 37條形定子線棒由哪些部分組成? 答：定子波繞組條形線棒由多股銅導(dǎo)線和主絕緣構(gòu)成，線棒的兩端設(shè)有連接接頭。水內(nèi)冷機(jī)組的線棒內(nèi)部還有

57、空心導(dǎo)線或空心不銹鋼冷卻水管。其中，編織導(dǎo)線本身也是自帶絕緣的導(dǎo)線，導(dǎo)線絕緣材料包括股間絕緣材料、排間絕緣材料、換位絕緣材料、換位填充材料等，此外在主絕緣包繞前，還有導(dǎo)線外表均勻電場分布的內(nèi)均壓層材料等。定子線棒局部剖析圖見圖2-4。 38什么是線棒的內(nèi)均壓層?其作用是什么? 答：線棒的內(nèi)均壓層是在線棒各股線編制組合并膠合成為一體后，在主絕緣包繞前，進(jìn)行的半導(dǎo)體均壓處理層。線棒內(nèi)均壓層的作用與高壓電力電纜的內(nèi)屏蔽層的作用類似。電纜內(nèi)屏蔽的作用是使導(dǎo)體與絕緣層良好接觸，消除導(dǎo)體表面因不光滑引起的局部電場畸變。 內(nèi)均壓層的作用主要有兩個(gè)：一是均勻?qū)w外部電場，并消除主絕緣與導(dǎo)體間的氣隙；二是相當(dāng)于

58、加大了導(dǎo)線的圓角半徑，可以改善角部電場分布，起到降低最大電場強(qiáng)度的目的。 內(nèi)均壓層結(jié)構(gòu)上有涂刷半導(dǎo)體漆(膠)或包繞半導(dǎo)體帶的方式。因此，這種線棒如果在現(xiàn)場作局部修理時(shí)，應(yīng)注意保持其結(jié)構(gòu)上的完整性。 39什么是渦流?什么是集膚效應(yīng)?發(fā)電機(jī)線棒如何克服渦流和集膚效應(yīng)? 答：當(dāng)交流電流通過導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生交變的磁場。處在交變磁場中的整塊導(dǎo)體的內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于這種感應(yīng)電流在整塊導(dǎo)體內(nèi)部自成閉合回路，形似水的旋渦，所以稱做渦流。因?yàn)榻饘賹?dǎo)體電阻很小，因此這種感生電流很大，造成發(fā)熱損耗。 在直流電路內(nèi)，均勻?qū)Ь€的橫截面上的電流密度是均勻的，而當(dāng)交流電通過導(dǎo)線時(shí)，由于交變磁場的作用，在導(dǎo)線截面

59、上各處電流分布不均勻，中心處電流密度小，而越靠近表面電流密度越大，這種電流分布不均勻的現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)(也稱趨膚效應(yīng))。集膚效應(yīng)的原因也是因?yàn)闇u流的存在。交流電的頻率越高，則集膚效應(yīng)越嚴(yán)重。此外集膚效應(yīng)也使得線棒內(nèi)部的導(dǎo)線載流能力下降。 發(fā)電機(jī)的線棒截面都比較大，渦流和集膚效應(yīng)都會使線棒造成嚴(yán)重的發(fā)熱，所以克服發(fā)電機(jī)線棒發(fā)熱的辦法是將線棒內(nèi)的導(dǎo)體設(shè)計(jì)成由若干股相互絕緣的細(xì)小導(dǎo)線并聯(lián)組成。如某發(fā)電機(jī)其設(shè)計(jì)的支路電流為2000A，其每根線棒由44股258mm規(guī)格的雙玻璃絲包線并聯(lián)并經(jīng)換位編織而成。 40什么是循環(huán)電流?發(fā)電機(jī)線棒如何克服循環(huán)電流引起的損耗? 答：定子繞組的線棒是由多股相互絕緣的導(dǎo)線

60、組成的，線棒放置在線槽中，由于每根導(dǎo)線所處的位置不一樣，則其所交鏈的磁通也不一樣，故感應(yīng)的電勢也不一樣。由于組成線棒的各根股線在線棒兩端是并聯(lián)在一起的，因而會在單根線棒內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，引起附加的發(fā)熱和損耗，這個(gè)環(huán)流稱為循環(huán)電流。由循環(huán)電流引起的附加損耗比集膚效應(yīng)產(chǎn)生的附加損耗大得多。因此，發(fā)電機(jī)線棒通過內(nèi)部導(dǎo)線換位來減少這種由循環(huán)電流引起的損耗。 41什么是換位?什么是“羅貝爾線棒”? 答：所謂“換位”，即線棒內(nèi)部的多根股導(dǎo)線在線棒直線段進(jìn)行交叉換位，通過導(dǎo)線空間位置的改變，使各股線交鏈的磁通盡可能均衡，產(chǎn)生基本相等的感應(yīng)電勢，以消除線棒內(nèi)的內(nèi)部環(huán)流，降低線棒損耗?？梢姡M成線棒的每根股導(dǎo)線并不是