大型特殊应用场合的电机定子冲片缺损分析
线圈、定子和转子潜在失效模式和后果分析
铁心局部涡流过大，局部发热，降低电机使用寿命 影响电机装配 压圈外缘和止口外径小，与机座配合不够紧密，运转时定子出现打滑现象； 压圈外缘和止口外径大，无法套入机座 绝缘处理线圈防护性能差 电机散热不好，使用寿命降低 槽满率不足，线圈松动，槽楔松动，影响浸漆效果和绝缘性能，降低电机使用寿命 绝缘性能降低，易损伤线圈，易击穿烧损电机 定子槽口绝缘性能降低，槽口易击穿烧损电机 影响定子和转子间间隙，严重时会摩擦转子，易击穿烧损电机且降低了电机使用寿命 焊接点不牢固、强度低，导电性能差，焊接点过热 无法形成电流回路，直流电阻不合格 该部位易受潮、易腐蚀、导热性能降低，绝缘电阻降低，介损升高，电机使用寿命降低
绝缘性能降低，易击穿烧损电机
极性错误，直流电阻不平衡，电机无法使用
易击穿烧损电机风险升高
过大，引线端最外缘距离铁芯长度超差，影响电机装配； 过小，影响电气间隙，易击穿烧损电机
影响电机装配和电气间隙，易击穿烧损电机，严重时直接无法套入机座
电机易受潮、绝缘材料易被腐蚀、机械强度整体降低、导热性能下降、绝缘电阻降低，介 损升高，电机使用寿命降低
潜在失效模式 槽口有毛刺，割手；冲片不齐，有凸
起；槽内有焊渣、铁屑等
冲片叠压不紧实，齿部弹开，铁芯轭 部长度不满足工艺要求
铁芯冲片损伤
压圈外缘和止口外径不满足工艺要求
槽楔间隙过大 槽楔、槽纸等挡通风口
垫条漏放、少放 槽纸破损
槽绝缘伸出铁心长度满足要求 槽楔高出铁心表面，线圈端部内圆或
鼻部距离铁芯高度低于工艺要求 焊接搭接长度不足、虚焊、气泡等
焊接漏焊 焊接造成绝缘烧损，焊接点和烧损绝
缘未清理
绝缘叠包率不合格，稀包；绝缘搭接 长度不合格
发电机频繁启停机危害分析
发电机频繁启停机危害分析发电机作为电厂最重要的一次设备之一，其安全运行和检修维护一直备受关注，而威胁发电机安全运行的因素很多，文章主要阐述的是频繁启停机对发电机的危害及维护检修措施。
标签：同期并网；相位差；幅值差目前，发电厂运行方式受电网调度和某些特殊运行方式下，存在长期调峰频繁启停机，此类发电机的运行工况是比较恶劣的。
首先，发电机会在短时间内（如一周内）多次开机并列。
同期并列过程实际上对发电机存在影响，虽然自动准同期并网方式已经广泛应用，但由于目前技术还无法做到完全无扰并网，在并网瞬间存在着电压差、相角差和频率差，会对发电机定子和转子造成一定损伤（取决于压差、频差和相角差幅值），特别是会在发电机转子上产生以较大的扭矩，长时间密集同期并列会对发电机定、转子产生危害，造成诸如线圈绑扎松动，铁芯松动，端部发热等机械应力伤害和绝缘下降。
具体分析如下：1 电压幅值差对发电机造成的影响假设带并侧U和系统侧Us 同相位，且带并侧f =系统侧fs ，而电压幅值不同，并列时会产生冲击电流。
发电机阻抗是感性的，这时发电机电流Ij 属于无功性质，其有效值为Ij=Ud/jX″d。
当U>Us时，Ij滞后Ud90°，该电流对发电机起去磁作用，使U降低，发电机并列后立即输出无功负荷。
当U<Us 时，Ij超前Ud 90°，该电流对发电机起助磁作用，使U 升高，发电机并列后从系统吸收无功功率。
如果Ud 很小，能起到平衡电压作用，过大将引起发电机定子绕组发热或使绕组端部因电动力的作用受到损坏。
因此，一般要求电压差为额定电压的5% 10%。
2 相位差对发电机造成的影响发电机并列时，若U=Us，f=fs，E0与Us之间有相位差δd，这时会产生有功性质的冲击电流（如图1所示），E0 超前Us。
由于Xd 是感性，冲击电流Ij 总要滞后电压Ud 90°，Ij 的有功分量和E0同相，发电机并入系统后转子磁场拖动定子磁场转动，将送出有功功率。
电机生产过程中常见问题的质量分析
电机生产过程中常见问题的质量分析(新乡宏达振动电机网提供)电机生产过程中常见问题的质量分析：1.空载实验中的问题1.1 空载电流大带来的负面影响：使功率因数降低，其次，使满载时定子电流增大，引起定子铜耗增大，效率降低，温升升高；造成的原因如下：（1）气隙大于设计值，使气隙磁势增大，激磁电流增大;a.转子直径减小；b.定子翘片，造成定子直径变大；c.轴承室机座止口不同芯，造成电机气隙不均匀。
（2）定子铁芯齿部弹开度大于允许值，使定子铁芯长度大于转子铁芯长度太多，相当于空气隙有效长度增大;冲片毛刺大，硅钢片薄厚不均翘曲度大引起;（3）定子铁芯槽口锉大，使定子卡氏系数增大，使气隙有效长度增大;（4）定转子错位不齐，使气隙有效长度增大;（5）冲片毛刺大，压铁芯时减片保长或油压机压力不够，造成定子铁芯重量不够，使定子铁芯净长减小，定子齿和定子轭的净面积减小，磁密密度增大,激磁电流增大，功率因数降低；（6）缺边的定子冲片掺用太多，使定子轭的磁密增大，激磁电流增大，使电机功率因数降低；（7）转子二次三次烧铸，氧化过多，转子冲片毛刺太大，转子铁芯压装时减片保长，压力不够，使转子铁芯重量不够，而使转子齿和转子轭的磁密增大，激磁电流增大，使电机功率因数降低；（8）转子铁芯预热温度太高，时间太长，使转子冲片严重氧化，实际铁长长度减小，磁密增大，激磁电流增大，功率因数降低；（9）硅钢片错用成低牌号片，导磁率低，损耗大；（10）定子绕组少匝，使磁路各部分的磁密增大，激磁电流大；（11）定子绕组节距做小，使定子绕组少匝。
1.2 空载损耗大空载损耗包括铁耗、机械耗和空载电流引起的铜耗，空载损耗大的主要原因有铁耗大或机械耗大，使效率降低对温升造成不良影响，下面列出各种原因情况：（1）定转子铁芯重量不够，使齿和轭磁密增大，使单位损耗增大，引起铁耗增大；（2）锉槽，一般经验锉槽使铁耗增大15~40%；（3）槽口锉大，使旋转铁耗增大而使电机铁耗增大；（4）车锉磨内圆使定子铁芯短路而使铁芯涡流损耗增大；（5）定子冲片毛刺大，压装后铁芯短路，使涡流损耗增大；（6）定子冲片绝缘处理不好或绝缘层被破坏，使涡流损耗增大；（7）定子铁芯压装时压力过大（大于40kg/cm2 公斤），破坏了定子冲片的绝缘层，使涡流损耗增大；（8）硅钢片质量不好或牌号低单位铁损耗大；（9）定子绕组少匝。
大型水轮发电机定子接地故障分析及处理
２０２０年第６期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ６水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.０６.０１９收稿日期:２０２０－０２－２４作者简介:马志忠ꎬ男ꎬ工程师ꎬ从事水电站机电设备安装与调试项目管理工作ꎮ大型水轮发电机定子接地故障分析及处理马志忠１ꎬ刘凯兵２(１.三峡机电工程技术有限公司ꎬ四川成都㊀６１００４０ꎻ２.上海福伊特水电设备有限公司ꎬ上海㊀２００２４０)摘要:某大型水电站共１８台机组ꎬ其中２台机组因定子端部电晕现象比较严重ꎬ且发生了接地故障ꎮ以其中一台机组为例ꎬ经对其接地故障情况㊁故障原因以及故障处理方法进行了详细分析与探索ꎬ为如何预防或减少类似故障的发生提出了几点有益的建议ꎮ关键词:水轮发电机ꎻ接地故障ꎻ定子铁心ꎻ故障分析中图分类号:ＴＭ３１２㊀㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)０６－００６７－０４ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＳｔａｔｏｒＧｒｏｕｎｄｉｎｇＦａｕｌｔｏｆＬａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅＨｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅＧｅｎｅｒａｔｏｒＵｎｉｔＭＡＺｈｉｚｈｏｎｇ１ꎬＬＩＵＫａｉｂｉｎｇ２(１.ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１００４０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＶｏｉｔｈＨｙｄｒｏＳｈａｎｇｈａｉＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１１１１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎａｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎬｓｅｒｉｏｕｓｃｏｒｏｎａｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｓｔａｔｏｒｅｎｄｓｏｆｔｗｏｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｓａｎｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｓａｒｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ.Ｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ.Ａｌｓｏꎬｓｅｖｅｒａｌｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｒｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｆａｕｌｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒꎻｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔꎻｓｔａｔｏｒｃｏｒｅꎻｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ㊀㊀在水力发电厂ꎬ发电机定子绕组接地故障时有发生[１]ꎮ某大型水电站左㊁右岸电站各装９台单机容量为７７０ＭＷ的水轮发电机组ꎬ是已建成的世界第３大水电站[２－３]ꎮ其中左岸电站某台机组于２０１７年１２月Ａ㊁Ｂ套定子接地保护动作跳闸停机ꎬ发生了定子接地故障ꎮ本文详细分析了此次故障原因及处理措施ꎮ１㊀故障点查找故障发生后ꎬ某电厂进行了初步排查ꎬ并立即向国调申请将该机组转检修ꎬ并组织技术人员对接地故障点进行排查ꎮ初步排查后决定ꎬ断开该发电机Ｂ相出口㊁中性点软连接ꎬ此时Ｂ相绕组的８个分支在出口端是相连的ꎬ在中性点处是分开的ꎮ测量发电机Ｂ相定子绕组电压ꎬ发现其不能升高ꎬ确定接地故障点在发电机Ｂ相定子绕组内ꎮ在发电机Ｂ相出口端与地之间施加小电流ꎬ该电流通过故障接地点形成回路ꎬ逐一测量各分支的电流ꎬ结果发现Ｂ相第７分支有电流通过ꎬ而其他分支无电流通过ꎬ因此确定故障接地点在第７分支ꎮ然后逐一测量第７分支的各线棒电流ꎬ发现第４９９槽上层线棒下端有电流而上端无电流ꎬ因此确定故障点在第４９９槽上层线棒槽内ꎮ将定子第４９９槽线棒周围的上机架盖板㊁转子上下挡风板㊁定子围屏拆除ꎬ拔出３个磁极ꎬ检查第４９９槽上层线棒ꎮ在退第第４９９槽槽楔过程中发现定子铁心窜片ꎬ并损伤第４９９槽上层线棒ꎬ该部位的铁心断片长度为２０~３０ｍｍꎬ如图１所示ꎮ第４９９槽上层线棒拔出后发现直线段下端存在一处明显划伤ꎬ如图２所示ꎮ查阅了相关岁修记录后ꎬ发现该处线棒附近对应的定子铁心拉紧螺杆自安装以来从未进行过处理ꎮ７６水电与新能源２０２０年第６期图１㊀故障点铁心窜片图图２㊀线棒划伤部位图检查还发现ꎬ定子铁心下端阶梯状铁心松动ꎬ主要表现为第２㊁３㊁４阶梯段超出１阶梯段部位ꎮ现场使用了０.１０ｍｍ塞尺检查松动深度ꎬ发现约７５％的阶梯片没有松动的迹象ꎬ１０％的阶梯片略微松动ꎬ１５％的阶梯片松动情况较严重ꎮ而且发现松动部位的端部粘胶片均存在散开的现象ꎮ松动的阶梯片如图３所示ꎮ图３㊀松动的阶梯片图２㊀故障原因分析根据以上分析发现ꎬ定子端部铁心发生松动ꎬ硅钢片在定转子之间磁拉力作用下进入定子线槽切割定子线棒是引起定子接地故障的直接原因ꎮ而引起定子端部铁心松动的原因有以下几个方面[４－５]ꎮ１)设计的原因ꎮ一是定子端部第２段至第４段阶梯片过长ꎬ压紧效果不好ꎬ容易造成铁心松动ꎬ定子端部阶梯片设计如图４所示ꎮ二是由于压指约只有一半长度位于机座上ꎬ另一半为悬臂梁结构ꎮ在拧紧压紧螺栓使铁心压紧时ꎬ必然是轭部受力较大ꎬ齿部受力较小ꎮ对于硅钢片的任一齿而言ꎬ在齿端散张力的作用下越靠近齿根压力越大ꎬ越靠近齿端压力越小ꎮ因此定子端部铁心在结构上看不易压紧㊁易松动ꎬ定子端部铁心结构如图５所示ꎮ图４㊀定子端部阶梯片设计图图５㊀定子端部铁心的结构图２)制造的原因ꎮ铁心端部阶梯冲片胶粘不合格ꎬ是本机组铁心松动的主要原因ꎮ铁心端部阶梯片在粘接过程中有以下不足:一是所使用的粘接剂不足ꎬ且操作者培训不到位ꎬ缺乏粘胶的经验ꎻ二是没有严格按照规定程序操作ꎬ固化过程中压紧不足ꎻ三是没有按照程序检查ꎬ检验不严格ꎬ仅通过目视检查ꎬ未能及时发现问题ꎻ四是没有充分考虑粘接环境对粘度和固化时间的影响ꎮ３)安装的原因ꎮ安装过程中存在以下不足:一是鸽尾筋直线度㊁半径㊁扭斜及弦距的偏差存在不满足图纸要求的情况ꎬ不利于铁心压紧ꎻ二是在叠装阶梯片的时候ꎬ有的阶梯片被弯折ꎬ使得粘接层可能有松动ꎻ三是铁心叠片压紧时预紧力可能不足ꎬ导致铁心没有压实ꎮ此外ꎬ整个机座高度不可能完全一致ꎬ再加上每一８６马志忠ꎬ等:大型水轮发电机定子接地故障分析及处理２０２０年６月个压指的高度也不可能完全一致ꎬ造成相邻压指之间高差㊁压指整圆高差㊁压指内外侧高差等存在不满足图纸要求的情况ꎬ最终导致较高的压指受力较大ꎬ较低的压指受力较小ꎮ这样容易造成压指上的硅钢片受力不均ꎬ不易完全压紧ꎬ造成铁心松动ꎮ４)运行的原因ꎮ机组运行时在气隙中存在旋转磁场ꎬ该磁场对定子铁心产生强大的径向旋转交变磁拉力[６]ꎮ在机组长期大容量运行时ꎬ铁心端部温度长期偏高ꎬ片间绝缘层会干缩ꎬ再加上阶梯片粘胶不足ꎬ会使铁心压紧度不够㊁齿部振动幅度加大ꎬ铁心齿根部机械疲劳ꎬ造成定子铁心松动ꎬ再加上硅钢片处在径向磁拉力的作用下ꎬ因此硅钢片将沿径向产生移动ꎬ进入定子线槽ꎬ慢慢向外伸长ꎬ划伤线棒绝缘ꎬ使线棒的绝缘性能越来越差ꎬ最终使４９９号定子上层线棒绝缘层击穿ꎬ造成定子接地故障ꎮ３㊀故障处理对于此次故障ꎬ电厂先后进行了临时处理和永久处理ꎮ３.１㊀临时处理根据以上分析ꎬ结合现场工作条件ꎬ临时处理方案如下ꎮ１)设备拆除ꎮ拆除基坑盖板及与之对应的上机架盖板ꎮ拆除周向对称的两个位置的８个磁极ꎮ２)清除ꎮ定子铁心和转子各部位在防护的情况下ꎬ切除长压指内径侧挡风板围屏固定块ꎬ清除压指上残留的焊缝ꎬ并保持表面平整ꎻ去除定子铁心上下端部阶梯片表面的绝缘漆ꎻ去除长短压指内径侧及底部绝缘漆ꎬ不得损伤定子冲片ꎻ将硅钢片的突出部分进行磨平和锉平ꎮ３)清扫ꎮ使用特定的工具㊁清洁剂对端部阶梯片进行清扫ꎮ４)定子端部阶梯片粘胶ꎮ现场使用的是粘度较低的胶水ＥＧ８８２环氧树脂ꎬ按照一定比例配胶后ꎬ进行涂刷㊁填充㊁装压㊁加温固化等工序ꎬ最后检查并进行铁损试验ꎮ５)安装定子端部阶梯片及压指支撑ꎬ并将定子铁心的压紧螺栓进行重新紧固ꎮ６)更换故障线棒ꎮ按定子线棒专用下线工艺嵌线ꎮ７)回装并进行调试ꎮ机组故障处理后ꎬ经过了２４ｈ的运行ꎮ经检查ꎬ发电机各项指标良好ꎮ这种处理方法ꎬ不仅使得机组可以继续发电产生效益ꎬ同时为永久处理方案的细节研究提供了充足的准备时间ꎮ３.２㊀永久处理为了避免接地故障再次发生ꎬ永久消除隐患ꎬ决定对机组进行更换铁心和线棒ꎮ简单讲就是拆除原有线棒和铁心ꎬ并按照制造厂家的最新技术文件重新装焊下压指㊁叠装定子铁心㊁安装绕组ꎮ永久处理方案关键流程如图６所示ꎮ图６㊀更换定子铁心和线棒关键流程图此次更换铁心和线棒ꎬ在机组的设计㊁制造和安装方面ꎬ做了以下改进ꎮ１)对端部阶梯片设计进行了修改ꎬ台阶进行了优化ꎮ如图７所示ꎬ阶梯数由７段增加至８段ꎬ阶梯的轴向总高度由４６ｍｍ减至４５ｍｍꎮ所有的阶梯的轴向和径向的尺寸都是５ｍｍꎮ每个阶梯段所需要粘接的铁心冲片数量由原先的６片增加为１０片(即所有冲片都需粘接)ꎮ阶梯片粘结采用了厂家提供的改进的粘接工艺和检查试验程序ꎬ确保了粘接效果ꎮ图７㊀端部阶梯片前后对比图９６水电与新能源２０２０年第６期２)压指尺寸进行了重新设计ꎮ定子铁心端部阶梯径向长度缩短ꎬ短压指长度相应增加１４ｍｍꎬ长压指尺寸不变ꎬ以保证铁心压紧效果不变ꎮ下压指共５７６根ꎬ其中３８４根短压指由之前的５２６ｍｍ改为５４０ｍｍꎬ压指到气隙的距离由５４ｍｍ减少至４０ｍｍꎮ３)下压指采用预安装调平方法ꎮ把不合格的下压指进行再加工处理ꎬ尽量避免用垫片调平的方法ꎮ压指和阶梯片安装效果如图８所示ꎮ图８㊀压指和阶梯片安装效果图４)为了以后检修时ꎬ方便铁心压紧系统的拆装ꎬ上下端所有螺母均采用非金属锁紧螺母ꎮ５)由于之前发现铁心拉紧螺杆绝缘套管内有积水现象ꎬ导致铁心拉紧螺杆绝缘螺杆的绝缘电阻下降ꎬ因此优化了下部绝缘垫圈的结构ꎬ增加了排水槽ꎮ６)定子铁心端部阶梯径向长度缩短ꎬ定子围屏从设计和材料上也做了相应的更改ꎮ７)定子线棒绝缘进行了改善ꎬ采用防晕结构与主绝缘一次成型技术ꎮ同时要求新线棒必须经过型式试验验证ꎮ８)在处理中ꎬ将原来材质为低合金钢Ｑ３４５的上压板更换为不锈钢０６Ｃｒ１９Ｎｉ１０材质ꎬ但其屈服强度相同ꎬ但更耐腐蚀㊁耐温升㊁抗磁拉力ꎮ９)在冲片制作的过程中严格控制原料㊁操作人员水平㊁制作工艺㊁测试要求以及过程监控等环节ꎮ机组更换铁心和线棒后ꎬ经过了一个汛期的运行ꎬ发现无论是制造㊁安装和运行ꎬ各方面数据均达到了优质机组 的要求ꎬ故障处理比较成功ꎮ４㊀结语与建议故障处理后机组的运行状况良好ꎬ充分验证了此次故障处理的方案是可行的㊁有效的ꎬ故决定在２０１９~２０２０岁修期对电厂另１台机组(与故障机组出自同一生产厂家)进行定子线棒和铁心更换ꎬ彻底消除定子接地的安全隐患ꎮ因定子铁心发生松动而引发的定子接地故障是发电机的一种常见的接地故障ꎬ也是后果极为严重的故障ꎮ因此如何预防或减少类似故障的发生显得尤为重要ꎬ为此提出以下几点建议ꎮ１)端部阶梯设计要充分考虑机组安装和运行情况ꎬ做到设计合理且端部阶梯片所有冲片都应该进行粘接ꎬ以提高其整体性和刚度ꎮ端部阶梯片粘接要采用改进的定子铁心端部阶梯片粘接工艺和完善的质量检查流程ꎮ２)在下压指安装时ꎬ下压指整圆高程差㊁相邻两块高程差㊁内圆与外圆的高度差㊁下压指中心与冲片齿中心的相对位置和压指齿端与冲片齿端径向距离都要符合设计要求ꎮ３)为了避免阶梯片粘接层松动ꎬ在叠装阶梯片的时候ꎬ每６人一组ꎬ分上中下ꎬ保保证阶梯片处于水平状态从上到下安装ꎬ不得弯折和 暴力 安装ꎮ此外ꎬ定子铁心应分段压紧叠装ꎬ铁心叠至设计高度时各预压一次ꎬ预压紧力要符合设计要求ꎮ４)每次机组检修时应全面检查定子铁心是否有异常情况ꎬ特别应检查铁心压紧螺栓是否松动ꎬ是否有积水ꎬ各螺栓压紧力矩是否恒定ꎮ５)定子铁心试验是检查定子铁心故障的重要手段ꎮ建议将定子铁心试验作为大修的必做试验项目ꎮ此外ꎬ在机组小修时建议用工业内窥镜检查定子铁心特别是端部铁心ꎬ以便尽早发现异常情况ꎮ参考文献:[１]孙彬ꎬ邱小耕ꎬ李佳佳.锦屏二级水电站７号机组发电机定子绕组一点接地故障分析及处理[Ｊ].四川水力发电ꎬ２０１５ꎬ３４(ｚ２):６９－７０ꎬ９０[２]姬升阳ꎬ欧阳宁东ꎬ杨仕福ꎬ等.溪洛渡水轮发电机组推力负荷测试研究[Ｊ].水电与新能源ꎬ２０１８ꎬ３２(６):５－９[３]喻文球ꎬ吴穹ꎬ靳坤.溪洛渡水电站５５０ｋＶＧＩＬ关键技术研究与应用[Ｊ].水电与新能源ꎬ２０１７(２):２０－２１ꎬ２５[４]周柯岩.浅谈大型水轮发电机定子铁芯松动和断齿成因及预处理措施[Ｊ].中国新技术新产品ꎬ２０１３(１０):１６３－１６３[５]成德明.水轮发电机定子铁心松动和断齿原因分析及预防[Ｊ].华电技术ꎬ２００９ꎬ３１(１):７－１０[６]舒均盛.水轮发电机铁心松动引发定子接地故障的分析及处理[Ｊ].大电机技术ꎬ２００６(５):６－８０７。
定子冲片的叠压系数对电机的影响
定子冲片的叠压系数对电机的影响主要表现在以下几个方面：
1. 电磁性能：定子冲片的叠压系数直接影响到电机的电磁性能。
如果叠压系数过低，会导致气隙不均匀，影响电机的正常运行。
而叠压系数过高，则会导致铁芯过厚，增加电机的体积和重量。
因此，需要根据电机的具体要求选择合适的叠压系数，以保证电机的正常运转和性能表现。
2. 噪声与振动：不合理的定子冲片叠压系数会导致电机运行时的噪声和振动增加。
叠压系数的不均匀会导致气隙不均匀，进而引起磁场不均匀，产生额外的电磁力。
这些额外的电磁力会导致电机振动和噪声的增加。
3. 温升：定子冲片的叠压系数也会影响电机的温升。
如果叠压系数过高，会导致铁芯过厚，增加电机的体积和重量，从而增加电机的散热难度，使电机温升升高。
而过低的叠压系数则可能造成气隙不均匀，导致电机运转效率低下，也会引起温升的异常。
4. 运行稳定性：定子冲片的叠压系数不合适，可能会导致电机运行不稳定。
如果叠压系数不合适，电机在运行过程中可能会出现异常的噪声和振动，影响电机的正常运行和使用寿命。
综上所述，选择合适的定子冲片叠压系数对电机的性能、噪声、振动、温升和运行稳定性都有重要的影响。
在实际应用中，需要根据电机的具体要求和运行环境选择合适的叠压系数，以保证电机的正常
运转和性能表现。
发电机定子接地故障处理分析
发电机定子接地故障处理分析摘要：由于发电机组中性点不采用直接接地方式，当发电机发生接地故障时，故障点将流过对地电容电流。
一般发电机的中性点是不采用直接接地的方式的，因此当发电机在运行出现问题时，出现问题的故障点会流过对地电容电流，而该电容电流所形成的电弧将会损害发电机其他部位的绝缘体从而引起铁芯的灼伤，铁芯遭到灼伤后则会形成相当具有危险性的相间或者匝间的短路问题，情况严重时还会烧毁发电机。
关键词：发电机；定子接地；故障大型汽轮发电机在电力系统中地位较重要，发电机主要由定子和转子组成，定子结构复杂，不易检修，对其保护尤为重要。
据统计，发电机最常见的故障中70% ～ 80% 的故障为定子单相接地故障。
一旦定子发生单相接地故障，若保护不及时可靠动作，接地弧光过电压可能导致发电机其他位置绝缘破损，严重时还会演变成相间或匝间短路故障。
因此，定子接地保护意义重大。
发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路，通常是定子绕组绝缘破坏引起的，而发电机定子接地保护是反映上述单相接地故障的主保护。
由于大多数发电机采用中性点不接地或者经消弧线圈接地方式，所以它具有一般不接地系统单相接地短路的特点，接地电流是容性的，数值为发电机所在电压等级网络各元件对地电容电流之和。
一、故障原因分析根据以上分析发现，定子端部铁心发生松动，硅钢片在定转子之间磁拉力作用下进入定子线槽切割定子线棒是引起定子接地故障的直接原因。
而引起定子端部铁心松动的原因有以下方面。
1、设计的原因。
一是定子端部阶梯片过长，压紧效果不好，容易造成铁心松动，定子端部阶梯片由于压指约只有一半长度位于机座上，另一半为悬臂梁结构。
在拧紧压紧螺栓使铁心压紧时，必然是轭部受力较大，齿部受力较小。
对于硅钢片的任一齿而言，在齿端散张力的作用下越靠近齿根压力越大，越靠近齿端压力越小。
因此定子端部铁心在结构上看不易压紧、易松动。
2、制造的原因。
一种新型发电机定子铁芯冲片研究
No.4 Movable Power Station & Vehicle 2020一种新型发电机定子铁芯冲片研究杨淑霞，王顿（郑州金阳电气有限公司，郑州450199）摘要：交流电机为了减少铁损，定子铁芯必须用电阻率较大、磁滞回线面积较小的薄板材料硅钢片单片冲制后再叠加压制而成。
因此铁芯冲片是制作发电机定子的关键零件。
其材料、内、外圆精度、同心度、槽形精确度等对定子的能耗、导磁率、温升、噪音以及使用寿命都有直接的影响。
本文以某新型的20 kW高压直流取力发电机定子铁芯冲片加工工艺方案设计为例，介绍了工艺方案设计过程；阐述了定子冲片的加工工艺流程，分析了工艺方案中技术关键点和难点—冲剪模的设计、加工。
本文重点介绍了设计的定子冲裁模的结构、工作原理、优点，简要说明了冲裁模的试制改进过程及创新改造落料模，采取独特的结构解决了存在的不足。
最后，以中心孔定位，定转子落料的冲裁方式有效地解决了定子冲片加工难度大、效率低、易变形、毛刺多的问题，提高了工作效率，实现了小批量生产的能力，达到了减少成本，提高效益的目的。
关键词：发电机；定子；冲片；设计；制造doi：10.3969/j.issn.1003-4250.2020.04.007中图分类号：TM303.3 文献标志码：A文章编号：1003-4250（2020）04-0030-04引言随着近几年国防事业的发展，军用电站对发电机的效率、精度、降噪要求不断提高，因此也对定子铁芯冲片的加工精度也提出了更高的要求。
发电机定子铁芯是由单片定子冲片叠加压制而成的竖槽圆柱型结构体[1]，定子冲片是定子铁芯的关键零部件，其材料、内、外圆精度、同心度、槽形精确度等对定子的能耗、导磁率、温升、噪音以及使用寿命都有直接的影响。
本文以某新型的20kW高压直流取力发电机定子铁芯冲片加工为例，介绍了定子铁芯冲片的技术要求、制造规范及关键技术；阐述了定子冲片的加工工艺方法，分析了加工过程中存在的工艺技术难点；探索了改造落料模结构的方法，有效的解决了模具加工困难和变形问题，在确保模具精度和质量的前提下，经过多次试加工，效果良好，保证了定子冲片的加工精度。
大型汽轮发电机定子铁心故障原因分析及其预防
大型汽轮发电机定子铁心故障原因分析及其预防【摘要】本文研究的发电机铁心故障，在国内300MW、600MW大型汽轮发电机中均有发生，针对发电机铁心松动、铁心与鸠尾放电现象及铁心局部熔融的故障进行了研究、分析，并提出有针对性的预防措施，为今后设计制造、运行检修提供参考。
【主题词】大型汽轮发电机；铁心松动；铁心与鸠尾放电；铁心局部熔融；原因分析；预防措施1引言：发电机定子铁心是定子的主要磁通路，由铁心扇形冲片、通风槽、支撑筋（定位筋）、穿心螺杆、齿压板、压圈、铜屏蔽等部件组成。
铁心的作用是作为发电机磁路的一部分及放置定子绕组，通过铁心槽固定支撑定子绕组，同时通过铁心通风槽形成发电机氢（风）冷却回路。
常见的定子铁心故障有端部铁心松动、端部铁心断齿、端部铁心通风槽钢断裂、铁心运行时噪声大、穿心螺杆松动、铁心定位筋松动及铁心硅钢片短路熔化、鸠尾筋鸠尾处电弧烧伤两大类，前者缺陷比较常见，各厂处理经验比也较成熟，且大多缺陷能够在现场处理，影响较小，后者一旦发生故障必须返厂处理，同时伴随定子绕组接地或短路故障，维修、运输成本高，停机时间长、损失大。
因此对于大型汽轮发电机铁心的质量要求高。
2定子铁心结构铁心由特殊的晶粒取向扇形冲片叠压构成。
这些叠片的特点在于其低损耗和高导磁性以及其特殊的绝缘层。
每片扇形片用一层薄的含硅漆来作进一步的绝缘。
铁心叠片由几十至上百挡叠片段组成，每个叠片段约50mm厚，每个叠片段内相邻叠片层的拼缝错开。
叠片段间分隔处为径向通风槽，氢气通过通风槽来冷却铁心。
这些叠片外边设有鸠尾槽，使铁心固定到支持筋上，并沿着机座的内孔均匀分布。
端部通过齿压板和压圈将需要的紧量传给冲片，在油压设备上收紧后用定位筋螺母保持紧力。
3故障案例：1）2006年7月，广东某电厂2号发电机（600MW级）大修中检查发现，在励侧铁心边端（阶梯齿）靠近压指处的铁心硅钢片齿部发生严重的片间松动磨损现象，磨损的大部分硅钢片已磨成粉末状。
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大型特殊应用场合的电机定子冲片缺损分析摘要：某大容量，特殊场合应用的电机，由于国内硅钢片生产能力的限制，电机铁心冲片外圆尺寸不足，缺损部分用电磁性能较好的拉筋材料填补。
基于此本文在对这台大容量电机进行工程设计时，采用了有限元的分析方法，对缺边冲片及拉筋的电磁性能进行有限元分析，阐述了缺边冲片及填补空间的拉筋对铁心磁场、电机损耗及电机性能的影响，为大容量电机冲片的设计提供了有效工程尝试。
实践证明，本台电机冲片缺损对电机绕组温升、电机性能的影响很小，而且不仅可以节省材料，使定转子间气隙更加均匀，磁路对称，而且避免了因气隙不均引起转子振动的可能性，具有可观的经济效益和工程指导意义。
关键词：大容量电机；缺边冲片；拉筋材料；有限元分析；涡流损耗某些特殊应用场合的大容量电机，由于服役时间长，且服役期间不允许出现故障等因素制约，在设计过程中，定子冲片外圆直径的选取是关键也是难点。
根据设计经验，增大电机容量，可从两方面加以考虑，一是加长铁芯尺寸；二是放大电枢直径。
考虑在不增大转子轴挠度，保证转子机械强度等前提下，放大电枢直径是一种较优的增容方案。
受国内硅钢片生产宽度的制约，此大容量电机在保证冲片整体冲制的情况下，定子外圆会有一定的缺边，缺边冲片叠压成铁芯后用圆弧形拉筋拉紧，拉筋可以填补缺边冲片的空间。
但由于拉筋材料的不同，其电磁性能及损耗不同，电机性能会受到影响。
为保证电机的性能及服役期间的安全性，本文对缺边的冲片及拉筋的电磁性能进行了有限元分析，论证缺边冲片及填补空间的拉筋对铁心磁场、电机损耗及电机性能的影响，为大容量电机的设计提供依据。
1.冲片缺损数学模型磁性材料媒质的参数、等随磁场强度的大小变化而变化，此种媒质为非线性媒质。
在电机的各种材料特性中存在非线性磁性媒质-硅钢片。
因此电机内的电磁场属于非线性电磁场。
由于磁导率的数值随磁场强度的大小而变化，因此非线性媒质中不但是坐标的函数，而且是时间的函数[1,2,3]。
（1-1）（1-2）此式算得的磁导率通常被称为静态磁导率。
材料的磁导率和真空磁导率的比值称为该材料的相对磁导率。
当磁场随时间变化时，和对时间的变化率之间的关系可以写成：（1-3）（1-4）在电机内非线性电磁场的求解中，通过计算得到电磁位，定义向量磁位为;标量磁位，则根据麦克斯韦方程组可得电磁位及所满足的微分方程分别为：（1-5）本文在对定子冲片建立以上数学模型的基础上，利用有限元的模拟仿真，通过对比的方法分析了半圆弧拉筋对涡流损耗，定子冲片缺损对铁芯磁密分布，以及缺损对电机性能的影响等。
2.定子冲片缺损对铁芯磁密分布的影响定子冲片缺损后会对磁场中磁力线的分布产生影响，图2-1分析了定子铁心无缺损与有缺损两种情况下其磁场磁力线的分布变化。
无缺损有缺损图2-1 定子冲片磁力线对比图由磁力线分布图2-1可以看出，冲片缺损时，磁力线被压挤在缺损边缘内，轭部磁力线变得密集，磁路趋于饱和甚至可能过饱和。
对导磁来说，缺损外缘处磁阻增大，磁通变小，导磁率下降，造成铁心磁路由于饱和甚至过饱和而发热严重，铁耗加大，电机效率下降。
无缺损有缺损图2-2 轭部中心线圆周磁密幅值从气隙合成磁密幅值图2-2可以看出，冲片缺损对气隙磁密分布没有太大的的影响。
但对轭部磁密幅值影响很大。
冲片无缺损时，轭部最大合成磁密在1.0T左右，冲片缺损时，轭部合成最大磁密在1.4T左右，增大了0.4T左右，增幅较大。
对于大容量的电机，轭部磁密在1.6T以下皆属于合理取值，因此缺损情况虽然使轭部磁密变大，但没有超过硅钢片的饱和值，在设计的磁密允许范围内，没有对电机的磁性能造成大的影响。
3.半圆弧拉筋涡流电密分析缺边冲片叠压成铁芯后用拉筋拉紧，加入拉筋后电机磁场以及拉筋涡流电密随着拉筋材料的相对磁导率和电导率不同而变化。
本文计算分析了在不同运行工况下拉筋涡流电密的变化，计算时假设拉筋和定子轭部的结合处没有气隙，且和定子铁心形成一个完整的圆。
·3.1半圆弧拉筋涡流电密分析拉筋的材料为碳钢，为非线性材料。
当电机在1倍额定电流工况与1.2倍额定电流工况运行时，冲片磁场磁密分布及拉筋涡流电密分布如下。
从图3-1可以看出，当定子电流增加时，冲片缺损处磁场强度明显变大。
时的运行工况的磁密最大值为1.7T，比额定运行工况增大约6%，但其还是小于1.8T的警戒值，工程设计上完全可以接受的。
拉筋电密分布见图3-2，拉筋在旋转磁场的切割作用下，产生涡流，且圆周处涡流电密较中心处高。
在1.2倍额定电流运行工况时，由于励磁电流强度增加，拉筋涡流电密值明显高于额定工况。
但不论额定电流如何增大，其圆周涡流电密的影响都很小，不足以产生很大的涡流损耗，进而导致冲片缺损处发热严重。
额定运行工况电流为1.2IN工况图3-1 不同工况磁密分布额定运行工况电流为1.2IN工况图3-2 拉筋涡流电密分布图·3.3.额定工况不同拉筋材料对涡流电密的影响磁导率和电导率是拉筋材料重要属性，现用四种不同材料属性的拉筋来分析缺损给电机性能和损耗带来的影响。
（涡流损耗与导体的磁导率和电导率等因素有关,其中材料三和材料四为理想材料，仅作为分析规律而理想设定）。
材料一：电导率6.5×106S/m,相对磁导率200材料二：电导率6.5×106S/m,相对磁导率4800材料三：电导率0S/m,相对磁导率200材料四：电导率0S/m,相对磁导率4800在额定工况下的磁场、冲片轭部磁密以及拉筋涡流电密的分布情况见下图。
材料一和材料二电导率都为6.5×106S/m，相对磁导率分别为200和4800，从磁力线分布图来看，没有太大的区别。
而对于材料三和材料四，在电导率为0的情况下，其磁力线开始穿过拉筋区域，相对导磁率越高的材料，其磁力线穿过的根数越多。
对于材料一和材料二的电密而言，电导率大，电阻率相对较小，涡流损耗相对较大。
从对比图可以看出，相对磁导率高的材料，其涡流电密变化更显著一些。
材料三和材料四电导率为0，冲片在高频下，损耗主要以涡流损耗为主，涡流损耗又主要与电阻率有关，电导率为0的冲片电阻率大，这样就可以显著地减小涡流损耗。
对于图3-3,材料一和材料二，C点为冲片轭部与拉筋接触点，从图可以观察到，A-C点轭部，磁密值大多在1.4-1.6T之间变化。
在C点缺损处，磁密迅速降低。
C-B点部分是拉筋区域，涡流效应阻碍磁力线穿透，使得磁力线很少穿过，磁密接近为0。
对于图3-3的材料三，在冲片的轭部区域，磁密值在1.4-1.6T 之间变化，而材料四，A-C点冲片轭部的磁密值有了显著的变化，磁密值变小，降低至1-1.4T之间。
相对于材料一和材料二在C-B点拉筋区域磁密为0，材料三在C-B点拉筋区域磁密增大为0.05T左右，材料四增大幅值更大，接近0.7T，显然电导率为0，相对导磁率高的材料导磁性好，涡流损耗小，更适合作为拉筋材料。
图3-3 定子冲片轭部磁密值通过上述分析，认为虽然电导率为0的冲片是理想化的模型，在工程实践中并不存在，但我们通过这个计算结果可以得出冲片电导率，相对磁导率，电阻率对涡流损耗的影响，进而在工程设计中去有意选择一些电导率，相对磁导率等参数更适合应用于电机中的材料，去降低损耗，提高效率。
4.定子冲片缺损对电机性能的影响冲片缺损对电机效率、功率因数、空载电流和温升等有影响，但如果它们是在一定范围内波动，而且波动的幅度不大，电机的性能没有受到太大的影响，其误差在可接受的范围内，说明缺损还是可以接受的。
表4-1为缺损冲片与不缺损冲片对电机性能影响的对比表。
表4-1 理想空载电流、功率因数和拉筋涡流损耗对比表从表4-1中可以看出，冲片缺损与未缺损，理想空载电流最大变化0.317A，增大了0.1%，功率因素变化0.026%，拉筋损耗与总铁芯损耗相比，是可以忽略的。
小结本文对电机增容设计中的冲片缺损进行了有限元分析，得到如下结论：冲片缺损，空载电流变化0.317A，功率因数变化0.026%，拉筋损耗增加不到2W，与总涡流损耗相比可以忽略，因此此台增容电机可以认为定子冲片缺损对电机绕组温升、电机性能的影响是很小的，而且整圆冲制硅钢片节省了材料，提高了材料的利用率，避免了定子扇形硅钢片之间的接缝，使定转子间气隙更加均匀，磁路更加对称，避免了因气隙不均引起转子振动的可能性，具有可观的经济效益和现实指导意义。
但是对于冲片的缺损，如果我们在核算时，发现轭部由于切边而使得磁密增加到1.8T甚至以上时，从安全角度考虑，就需要慎重并且采取其它手段了。
参考文献[1] 程福秀，林金铭，顾其善等．现代电机设计[M]．北京：机械工业出版社，1992：90-179．[2] 汤蕴璆．电机学 [M]．北京：机械工业出版社，2014：1-21，50-54，62-67．[3] 汤蕴璆．电机内的电磁场 [M]．北京：科学技术出版社，1998：100-260．[4] 张晓东，杜云贵，郑永刚．核能及新能源发电技术[M]．北京：中国电力出版社，2008：1-21．。