船舶同步发电机电枢绕组匝间短路的成因探析.pdf

Vo1.31No.42011.4
船史故木电机
船舶同步发电机电枢绕组匝间短路的成因探析
林泆贵
(集美大学轮机工程学院,厦门361021)
摘要:本文对一起发电机电枢绕组发生的匝间短路事故进行分析,论述发电机电枢绕组的制造缺陷,对
电枢绕组绝缘漆中的空隙所引起的热效应和热应力进行分析论证;探析同步发电机电枢绕组匝间短路的成
因
关键词:同步发电机电枢绕组热效应匝间短路
中图分类号:TM341:TM31
文献标识码:A
文章编号:1003-4862(201)104-0015-04
Research of Armature Winding Interturn Short Circuit of
Marine Synchronous Generator
H
(Marine Engineering Institute of Jimei University, Xiamen 361021, China)
Abstract: Armature winding interturn short circuit of marine synchronous generator is introduced in the
paper, and manufacture disfigurement of armature winding is pointed out. Thermal effect and the therma
stress caused by interspaces of armature winding impregnating varnish are analyzed. Finally, reason of
armature winding interturn short circuit of marine synchronous generator is found.
Key words: synchronous generator; armature winding thermal efect; interturn short circuit
引言
破坏而发生的短路故障。那么是什么原因造成了
本次匝间短路呢?在解体发电机电枢绕组时,发
船舶同步发电机是船舶电站的电源供应者,现绕组绝缘漆中存在有空隙,初步判断是热效应
其运行的安全、可靠直接关系到船舶的航行安全使绝缘失效致使短路故障的发生。
和高效的运营,是船舶其他设备工作和人员生活
的保证山。发电机绕组线闘匝间短路故障是发电
2绝缘材料的老化导致的匝间短路
机的故障之一,电枢绕组匝间短路故障会导致发
匝间短路是导线的匝间绝缘层的绝缘被破
电机端电压波动和不平衡;由于电枢绕组的短路坏。绝缘层被破坏主要原因是:老化和过热。过
电流很大,其产生的极大热效应和机械应力,将热可分为机械和电气两种,另外还有杂物飞到绕
使发电机燃烧和爆裂,导致恶性事故的发生。笔组上,或者电机在嵌线时就有问题线受损伤了或
者在一艘广州远洋公司的万吨级货轮工作期间,是绝缘漆没漫好留有缺陷;还有可能是有杂物飞
船舶在大连港抛锚,1号发电机单机运行在50%到绕组上,或者电机在下线时就有问题线受损伤
多的负荷功率;在下午3点30分左右发电机电了或是绝缘漆没浸好等多种原因2]
枢绕组突然发生爆裂燃烧,并同时跳闻;后经电2.1电老化
机厂家的解体确认是电枢绕组发生了匝间短路
电老化是由介电材料上电场分布所产生的,
故障。匝间短路就是指同匝绕组绝缘层的绝缘被主要表现为局部放电、漏电和电腐蚀;产生局部
放电的原因是电机内部的电场不是均匀分布。在
收稿日期:2010-11-20
绝缘层内存在空隙,线圈与铁心之间也有空隙,
作者简介:林洪贵(1964-),男,一等电机员,副教授,
这样就会使电场发生畸变,局部电场强度超强,
从事船舶电气及自动化方面研究。
引起局部放电;局部放电能在绝缘层内产生非常
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万方数据
船电故本电机
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细小的树枝状的放电途径,最终导致绝缘的破
绕组中气隙在运转的发电机中随着外加电
坏
场Ea的增大,空隙的电场强度不断增大。当孔
2.2热老化
内电场升高到空气击穿电压的临界值时,圆孔
绝缘在过热的长期作用下的老化称为热老内的空气将产生一系列的放电效应,如光、声、
化,热老化是由热因子引起的。绝缘材料在运行电磁和热效应等的。在这些放电效应中,光、声、
中,因长期受热会引起各种物理和化学变化(如挥电磁等效应所消耗的能量是相当少的,热效应以
发、裂纹、脱层、龟裂等),而且这种变化会逐渐热量的形式把放电产生的能量向介电材料周围
恶劣,最终导致介电材料变质而劣化。
耗散,消耗掉放电所产生的绝大部分能量。其放
2.3机械老化
电热效应的温度场分布如图1所示?。显然,从
机械老化主要表现为介电材料的疲劳、裂再生原理来看,特种氧化物法、氧烛法、电解水
纹、磨损、脱层等等。其原因是在电机起动时会法都属于化学再生:而高压氧瓶法则属于物理再
产生超强电磁力和热应力的冲击,以及运转过程生。上述种种不足的存在,也正是由现有再生方
中电机的振动、反复受热等引起介电材料的伤法所采用的这些再生原理决定的
2.4环境老化
环境老化主要表现为粉尘、油污、盐分及其
他腐蚀物质对绝缘的污染和侵蚀,以及绝缘表面
的吸潮和露水等。这样介电材料的绝缘性能会逐
渐丧失,耐热和耐压会逐渐降低。
3电枢绕组匝间短路的其它成因
发电机绕组在制造过程中,不可避免地存在
各种缺陷,例如裂纹、夹杂、错位、分层、空隙
和孔洞等等。特别是电枢绕组在嵌线后,要进行
x/mm
浸漆处理工艺,其主要目的是
(a)垂直温度分布
b)水平温度分布
1)提高电机绝缘的耐潮性和化学稳定性;
图1绕组中的温度场分布图
改善电机绝缘的电气性能,使绕组匝间与绝缘层
之间以及绝缘材料的空隙均被绝缘漆填充;
热老化的速度和绝缘受热温度有着密切的
2)增加电机绕组的导热能力,未浸滚前绕组天系,随着温度的上升,绝缘的热老化速度迅速
当中存在有很多空隙,其中充满了空气,而空气
加快,且温度越高,老化速度越快,其老化速度
符合 Arrhenius方程?
的热导率为0.025W/mk,导热性能差;经浸漆处
其指数形式:
理后,绝缘漆充满了绕组中的气隙,赶跑空气,
而绝缘漆的热导率为0.3Wmk。
k=k。exp(ーE。/RT)
3.1电致失效
电致失效是指铁磁或介电材料在电场载荷
式中:ko为指数前因子(频率因子),Ea为实验
作用下的力学失效行为。例如:当含有缺陷的铁活化能,单位为:k/molo可见k与r的关系不
磁材料受到强电场作用时,缺陷内部的电场强度是线性的,温度场分布明显不均,在空腺处周围
有可能达到外加电场的1000倍,从而引起热效
产生了强烈的热效应
应和热应力集中最终导致材料失效。特别是当缺3.3绕组中空隙的热应力
假设在放电过程中空隙内的临界电场能全
陷内的电场强度达到缺陷内气体的击穿电场强
度时,缺陷将发生放电击穿并产生一系列的放电
部释放转变为热能并沿周围均匀分布,向介电材
料四周传递,于是在介电材料空隙产生热应力。<