发电机知识90问内部资料.docx

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1、发电机知识90间内部资料1.什么是“同步”发电机？同步转速是如何确定的？答:发电机是发电厂的心脏设备，发电机按其驱动的动力大致可分为水轮 发电机（水力）和汽轮发电机（蒸汽）.本书所涉及的内容均是指同步发电机 （限于立式水轮发电机）.发电机在正常运行时，在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场，这 个磁场由两个磁场合成:转子磁场和定子磁场.所谓同步”发电机,就是指 发电机转子磁场的转速（原动机产生）与定子磁场的转速（电力系统频率 决定）相等.转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组（磁极）产生，转子磁场的转速 也就是转子的转速,也即整个机组的转速.转子由原动机驱动，转速由机组 调速器进行调节,这个转

2、速在发电机的铭牌上都有明确标示.定子旋转磁 场由通过三相对称电流的定子三相绕组（按120。对称布置）产生,其转速 由式确定（式中:p为转子磁极对数;f为电力系统频率;n为机组转速）.从式 中可见，对某一具体的发电机，其磁极对数是固定不变的，而我国电力系统 的频率也是固定的，即50Hz（也称工频），可见每一具体的发电机的定子旋 转磁场的转速在发电机制造完成后就是定值.当然，电力系统的频率并 不能真正稳定在50Hz的理论值，而是允许在这个值的上下有微小的波 动,也即定子磁场在运行中实际是在额定转速值的周围动态变化的.转子兹场为了与定子磁场同步也要适应这个变化，也即机组的转速作动态的 调整.如果转速

3、不能与定子磁场保持一致，则我们说该发电机失步”了. 应力.18 .什么是绝缘的局部放电发电机内的局放有哪几种主要形式答:在电场的作用下，绝缘系统中绝缘体局部区域的电场强度达到击穿场 强,在部分区域发生放电，这种现象称为局部放电（Partial Discharge）.局 部放电只发生在绝缘局部，而没有贯穿整个绝缘.发电机中的局部放电主要有绕组主绝缘内部放电，端部电晕放电及槽放 电（含槽部电晕）三种.此外，发电机中还有一种危害性放电,是由定子线圈 股线或接头断裂引起的电弧放电,这种放电的机理与局部放电不同.19 .发电机主绝缘内的局部放电产生的原因是什么有什么危害答:大型发电机定子线棒在生产过程中

4、，由于工艺上的原因，在绝缘层问或 绝缘层与股线之间可能存在气隙或杂质;运行过程中在电热和机械力的 联合作用下，也会直接或间接地导致绝缘劣化，使得绝缘层间等产生新的 气隙.由于气隙和固体绝缘的介电系数不同，这种由气隙（杂质）和绝缘组 成的夹层介质的电场分布是不均匀的.在电场的作用下，当工作电压达到 气隙的起始放电电压时，便产生局部放电.局部放电起始电压与绝缘材料 的介电常数和气隙的厚度密切相关.气隙内气体的局部放电属于流注状高气压辉光放电，大量的高能带电粒 子（电子和离子）高速碰撞主绝缘，从而破坏绝缘的分子结构.在主绝缘发 生局部放电的气隙内，局部温度可达到1000,使绝缘内的胶粘剂和股 线绝缘

5、劣化,造成股线松散，股问短路,使主绝缘局部过热而热裂解，最终 损伤主绝缘.局部放电的进一步发展是使绝缘内部产生树枝状放电，引起主绝缘进一步劣化，最终形成放电通道而使绝缘破坏.20 .什么是电晕电晕对发电机有什么危害答:发电机内的电晕(Corona),是发电机定子高压绕组绝缘表面某些部位 由于电场分布不均匀，局部场强过强，导致附近空气电离，而引起的辉光放 电.可见，电晕是发电机局部放电的一种.它产生在绝缘的表面，它与我们 所熟悉的一般户外高压电场下的导体附近的电晕是有所不同的.与其他形式的局部放电相比，电晕本身的放电强度并不是很高，但电晕的 存在大大的降低了绝缘材料的性能.表面电晕使绝缘表面局部

6、温度升高, 电晕的热效应及其产生的03和N2的化合物(03极易分解与空气中的 氮N2及水分化合生成酸)也会损坏局部绝缘，对黄绝缘来说是将绝缘层 变成白色粉末，其程度的深浅与电晕作用时间有关，材料表面损坏后，放电 集中于凹坑并向绝缘材料内部发展，严重时发展为树枝放电直到击穿.此 外，电晕还使其周围产生带电离子,各种不利因数的叠加，一旦定子绕组出 现过电压,则就有造成线棒短路或击穿的可能.黄绝缘的击穿场强随温度 的升高而略有下降，当温度超过18(TC时,其击穿 场强将急剧下降.21 .发电机内哪些部位易产生电晕答:发电机一般在机内可能产生外部电晕的部位有:线棒出槽口处.绕组 出槽口处属典型的套管型

7、结构才曹口电场非常集中,是最易产生电晕的地 方.铁芯段通风沟处.通风槽钢处属尖锐边缘，易造成电场局部不均匀. 线棒表面与铁芯槽内接触不良处或有气隙处.端箍包扎处.端部异 相线棒间.绕组端部电场分布复杂，特别是线圈与端箍，绑绳，垫块的接触 部位和边缘，由于工艺的原因往往很难完全消除气隙，在这些气隙中也容 易产生电晕.22 .发电机电晕与哪些因素有关系答：(1)与海拔高度有关.海拔越高,空气越稀薄很I起晕放电电压越低.(2)与湿度有关.湿度增加，表面电阻率降低，起晕电压下降.端部高阻防晕层与温度有关.如常温下高阻防晕层阻值高，则温度升高 其起晕电压也提高.常温下如高阻防晕层阻值偏低,起晕电压随温度

8、升高 而下降.(4)槽部电晕与槽壁间隙有关.线棒与铁芯线槽壁间的间隙会使槽部防晕 层和铁芯间产生电火花放电.环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险 间隙在是0.203mm左右.目前我国高压大电机采用的环氧粉云母绝 缘的线膨胀系数很小，在正常运行条件下，环氧粉云母绝缘的线棒的膨胀 量不能填充线棒和铁芯间的间隙.这是与黑绝缘区别比较大的地方.(5)与线棒所处部位的电位和电场分布有关.越高越易起晕,电场分布越不 均匀越易起晕.23 .什么是电腐蚀什么是内腐蚀和外腐蚀防止电腐蚀的措施有哪些答:电腐蚀是发生在发电机槽部定子线棒防晕层表面和定子槽壁之间因 失去电接触而产生的容性放电，从而引起线棒表面的腐蚀和

9、损伤.这种容 性放电的放电能量比纯电晕放电要大得多，严重时发展为火花放电.火花 放电温度可高达摄氏几百度至上千度.同样，放电使空气电离产生的臭氧 与空气中的氮，水分产生化学作用，对线棒表面和铁芯产生腐蚀.电腐蚀轻 者,使线棒防晕层及主绝缘表面变白并有不同程度的蚕食;严重者防晕层损坏，主绝缘外露或出现麻点，引起线棒表面防晕层乃至主绝缘，垫条的烧损.这种引起线棒防晕层,主绝缘，垫条等损伤的情况统称为“电腐蚀”.根据电腐蚀产生的部位分外腐蚀和内腐蚀.外腐蚀指发生在防晕层和定 子槽壁之间的电腐蚀;内腐蚀是指发生在防晕层和主绝缘之间的电腐蚀. 内腐蚀的原因是由于线棒的表面防晕层与线棒主绝缘之间粘接接触不

10、 好，存在微小空气气隙的缘故，如主绝缘表面不平整,半导体漆没有浸透或 半导体漆本身的问题等.随着发电机制造技术的发展，内腐蚀”基本上已 成为了一个历史名词.防止电腐蚀的措施有:定子槽内在下线前喷低阻半导体漆.选择合适 的低阻半导体垫条，打紧槽楔，保证线棒直线部分表面防晕层的完好，使线 棒表面防晕层与垫条或铁芯壁有良好的接触.改进线棒槽内固定方式. 改进制造工艺水平，如线棒的尺寸和平直度,铁芯的制造和叠片公差等. 良好的线棒制造工艺和整机制造水平是减少电腐蚀发生的有力保证.目前我国在线棒防晕和防止电腐蚀方面有了长足的进步，如主绝缘和防 晕层同时热压成型，半导体适型毡工艺，线棒采用半导体槽衬槽内固

11、定等.24 .永磁发电机有什么作用一般采用什么类型的永磁机 答:永磁发电机位于发电机组的机头部分，与发电机组同轴同步旋转.其作 用主要是为水轮机的调速系统采集机组频率提供信号电源（除此信号电 源外,一般机组调速系统还通过发电机出口的电压互感器取得信号）和给 机组转速继电器供电.永磁机以往多采用三相凸极式，即以永久磁钢作磁极旋转，体积很大.现广泛采用的单相感应子式永磁机，体积很小.近来，也有的电厂以安装在大轴上的齿盘测速装置来代替永磁机.新建电厂的机组则有取消永磁机的趋 势.25 .感应子式永磁机转子没有线圈也没有极性，为什么永磁机也能发出交流电它是如何反映机组转速的 答:凡能变更线圈所耦合的磁

12、通，都能使线圈产生感应电势，不一定要有旋 转的线圈或磁极.感应子式永磁发电机就是基于转子表面齿槽的存在而 使定转子间的气隙磁导发生周期性地变化而感应出交流电的.永磁机转 子上没有绕组，只有带齿槽的铁芯，依靠齿槽的存在使定转子气隙磁导发 生周期性的变化,而定子绕组感应发电，所以转子也称为感应子.单相感应 子式发电机的电压波形与转子齿槽形状密切相关，因此只能是近似的正 弦波.永磁机的气隙磁通的利用率很低，只有其交变分量用来感应电势，而 交变分量一般只占气隙磁通的35%左右.永磁机定子内部内置的永久磁钢为定,转子提供了恒定磁场，感应子转动 过程中，当齿部对着定子表面时，空气隙小而磁通大，当凹部对着定

13、子表面 时，空气隙大而磁通小，这样磁通的交替变化,气隙中就产生了一个交变分 量,交变分量的一个周期相当于一个转子齿距，这交变分量就在定子绕组 内感应出交流电势.也即转子的一个齿相当于凸极发电机的一对极，其产 生的频率为:，式中22为转子齿数,n为机组转速.由式中可见，只要Z2选 择得与机组发电机的磁机对数(P)相等，则永磁机的频率严格反应发电机 组的转速变化.这就是为什么从永磁机中提取频率信号的原因.26 .什么是发电机的轴电压和轴电流轴电压产生的原因是什么它对发电机的运行有何危害答:发电机在转动过程中,只要有不平衡的磁通交链在转轴上，那么在发电 机的转轴的两端就会产生感应电势.这个感应电势就

14、称为轴电压.当轴电 压达到一定值时，通过轴承及其底座等形成闭合回路产生电流，这个电流 称为轴电流为了消除轴电压经过轴承,机座与基础等处形成的电流回路, 防止轴电流烧坏瓦面，所以要将轴承座对地绝缘.为防止转轴形成悬浮电 位，同时转轴还要通过电刷接地.此电刷接地可与转子一点接地保护要求 的接地”共用为一个防止轴电压的重点在于防止轴电流的形成轴承间 只要不形成轴电流回路,则不需对所有的轴承绝缘.电磁轴电压主要可分为两部分,一是轴在旋转时切割不平衡 图23垂直轴向交链磁通产生 的轴电压和轴电流示意图兹通而在转轴两端产生的轴电压，二是由于存在轴向漏磁通而在转轴两 端产生的轴电压.造成发电机磁场不平衡的原

15、因主要有:定，转子之间的 气隙不均匀.磁路不平衡.如定子分瓣铁芯，定子铁芯线槽引起的磁通变化，极对数和定子铁芯扇形片 接缝数目的关系等.制造，安装造成的磁路不均衡.此外分数槽绕组的电 枢反应也会在转轴上产生轴电 压.图2-3为垂直轴向交链磁通产生的轴电压和轴电流示意图.当轴承底座绝缘垫因油污,损坏或老化等原因失去绝缘性能时，则轴电压 足以击穿轴与轴承间的油膜而发生放电.放电会使润滑油的油质逐渐劣 化，放电的电弧会使转轴颈和轴瓦烧出麻点，严重者会造成事故.27 .什么是发电机的调相运行答:发电机的调相运行，是指发电机不发出有功功率,只用来向电网输送感 性无功功率的运行状态，从而起到调节系统无功，

16、维持系统电压水平的作 用.调相运行是使发电机工作在电动机状态（即空转的同步电动机），发电 机进相运行时消耗的有功功率可来自原动机也可来自系统.发电机作调 相运行时，既可过励磁运行也可欠励磁运行.过励磁运行时,发电机发出感 性无功功率;欠励磁运行时，发电机发出容性无功功率.一般作调相运行时 均是指发电机工作在过励磁即发出感性无功功率的状态.水轮发电机远离负荷中心的，一般不考虑作调相运行.28 .什么是发电机的“进相运行对发电机有何影响针对进相应对发电 机作哪些检查答:电力系统正常运行时，其负荷是呈感性的.发电机正常运行时，电压的 相位是超前电流的相位的，此时发电机向系统发出有功功率和感性的无 功

17、功率.如果发电机的运行中出现电流的相位超前于电压的相位情况时, 我们称此时发电机处于进相运行状态，此时发电机向系统发出有功功率 和吸收感性无功功率（或称发出容性的无功功率）.当电力系统的无功功率过剩时,系统的电压就会升高，降低电压的措施之 一就是让发电机吸收系统过剩的无功让其运行在进相状态.吸收越多，则 进相越深.一般情况下，发电机在设计时也考虑了这种对发电机不利的运 行情况，允许发电机作短时的进相运行.但不同的发电机在作进相运行时可能表现出较大的差异.发电机进相运 行后,发电机端部的漏磁比正常情况下有所增加，因而使端部的金属件发 热，局部温度升高,同时端部振动也增加.进相深度越大,端部温升越

18、高.据 试验实测,进相时定子铁芯端部最高温度发生在铁芯齿顶处，其次是压指 处，这与理论分析是一致的.针对发电机进相特别是深度进相后，检修时应仔细检查定子绕组的上下 端部，特别是铁芯齿顶，线棒出槽口处和压指部分有无异常.发现问题应及 时上报处理,不适宜再作进相运行的发电机应申请停止.进相对发电机的 不良影响比较复杂，可能需长期的运行才能发现问题.29为什么发电机停机采用电气制动如何实现答:一般水轮发电机在停止转动的过程中，由于转速下降，导致发电机推力 轴承的油膜破坏会损坏轴承;因此，当转速下降到一定程度时，要采取机械 制动的方式使发电机组尽快停机,如顶起转子的风闸等.但对转动惯量很 大的发电机组

19、采用这种方式则比较困难,因此引入了电气制动的方法.电 气制动采用定子绕组三相对称短路，转子加励磁使定子绕组产生额定电 流大小的制动电流的方式，从而产生电磁制动力矩，实现电气制动,迅速停降到某一定值时投入制动开关，然后，电气制动的控制装置在励磁绕组投 入由低压厂用电系统整流而来的励磁电流，使定子产生的电气制动电流迅速上升至发电机的额定电流，使发电机工 作在制动状态.制动过程中，定子电流和转子电流均保持恒定，故制动力矩 随转子转速的降低而增大.正常停机制动可采用两种方式，一种方式是在发电机转速降至某一值，如 50%60%额定转速时，投入电气制动装置，经几分钟后机组全停;另一 种方式是在发电机转速降

20、至某一值如50%60%额定转速时投入电气 制动，转速降至5%10%的发电机额定转速时投入机械制动，制动时间 可缩短一些.30 .什么是发电机绝缘的在线监测在线监测有哪些方法答:在线监测是区别于我们所熟悉的常规离线绝缘测试方法如介损，泄漏 电流测试等，而在发电机运行工作电压下对发电机绝缘进行的连续测量. 目前发电机的绝缘在线监测主要是发电机局部放电的在线监测.局部放 电在线监测是在发电机内(或出线回路上)永久性地安装传感器，这些传 感器可以连接到某种便携式的局放测试仪，对局部放电进行定期监测，或 连接到某种固定式的局部放电监测系统进行持续监测.目前在线监测主 要指后者.局部放电与发电机定子绕组的

21、绝缘状况密切相关.应用在线监 测系统，可以对运行中的发电机持续地进行局部放电监测.连续测取比离 线监测能测取到更真实的反映发电机绝缘状况的数据.发电机绝缘的在线监测方法按所取信号的种类可分为非电测法和电测 法.非电测法，是通过声学，特征气体等非电参量进行监测的方法.这些方法的 优点是无需测取电量，测量中不受电气干扰.缺点是判断依据存在准确性 方面的问题，也不能定量.主要有:超声波检测.局部放电同时产生声脉 冲，其频谱约为Hz,但其声信号非常微弱.超声波检测即将其声音信号转 换为电信号后放大输出.特征气体检测如臭氧浓度检测法，由于臭氧是 发电机电晕的特征气体，通过对臭氧浓度的测试来判断发电机电晕

22、的状 况在国外省的机组中在发电机风洞里就设置了臭氧(03)检测装置，以确定发电机在运行中的局部放电强度.目前，这种方式是作为局部放电电测法的一种补充方法.欧洲的一种观 点认为:与局放电测法相比,03检测能独自对发电机端部电晕进行定量 评估.结合电测法，是分析发电机局部放电最有效的办法.这种方法在国内 还没有应用.离子式过热诊断法.早期在上世纪60年代国外就开始应 用，这种方法是将发电机冷却用的循环氢气采样引入到测定器内，利用发 电机绝缘因局部放电后产生的热解离子，通过检测离子浓度的方法来检 测发电机的绝缘状态.这种方式应用很少.气相色谱法.这种方法是从发 电机中采集气体，利用气相色谱分析法来推

23、定采得的气体中的有机物成 分，这种方式也只能由于氢气冷却的发电机，根据循环氢气中的所含混合 其他的成分和数量，来推断绝缘的状态.后两种化学方法不适合水轮发电 机使用.电测法即在线监测发电机运行过程中局部放电的电量参数，如绝缘局部 放电时产生的脉冲电流（脉冲电流法，即ERA法）或局部放电时产生的电兹辐射波（无线电干扰电压法，即RIV 法）等.脉冲电流法可以根据局部放电的等效电路来校定视在放电电荷, 相对检测灵敏度也较高.目前脉冲电流法是发电机局部放电在线监测应 用最主要的方法.31 .发电机局部放电在线监测电测法有哪些主要方法 答:发电机局部放电在线监测,目前以电测法的脉冲电流法（ERA）为主流

24、 方法.根据检测装置响应带宽,发电机绝缘的局部放电装置可分为窄带检 测装置和宽带检测装置,目前的检测设备普遍都采用宽带装置.2 .什么是发电机的飞轮力矩.它在电气上有什么意义答:发电机飞轮力矩，是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积. 看起来它是一个与电气参数无关的量，其实不然，它对电力系统的暂态过 程和动态稳定影响很大.它直接影响到在各种工况下突然甩负荷时机组 的速率上升及输水系统的压力上升，它首先应满足输水系统调节保证计 算的要求.当电力系统发生故障，机组负荷突变时，因调速机构的时滞，使 机组转速升高，为限制转速，机组需一定量的飞轮力矩，越大，机组转速变 化率越小，电力系统的稳定性就

25、越好.与机组造价密切相关，飞轮力矩越 大,机组重量越大，制造成本越大.3 .什么是发电机的短路比Kc Kc与发电机结构有什么关系答:短路比Kc,是表征发电机静态稳定度的一个重要参数.Kc原来的意义 是对应于空载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额 定电流之比，即Kc=Iko/IN.由于短路特性是一条直线，故Kc可表达为发 电机空载额定电压时的励磁电流Ifo与三相稳态短路电流为额定值时的 励磁电流Ifk之比，表达式为:Kc=Ifo/Ifk、l/Xd.Xd是发电机运行中三相 突然短路稳定时所表现出的电抗，即发电机直轴同步电抗（不饱和值）.如忽略磁饱和的影响，则短路比与直轴同步电抗Xd互

26、为倒数.短路比小, 说明同步电抗大，相应短路时短路电流小，但是运行中负载变化时发电机 的电压变化较大且并联运行时发电机的稳定度较差，即发电机的过载能 力小,电压变化率大，影响电力系统的静态稳定和充电容量.短路比大，则 发电机过载能力大，负载电流引起的端电压变化较小，可提高发电机在系 统运行中的静态稳定性.但Kc大使发电机励磁电流增大,转子用铜量增 发电机在线局部放电监测的首要关键技术之一是如何取得故障信号，也 即根据传感器而对应的检测技术.根据发电机的局部放电在线检测传感 器的型式和布置,主要有以下几种监测方法：发电机中性点耦合射频监测法.其理论原理是:当发电机内任何部位产生局部放电时渚B会产

27、生频率很宽 的电磁波，而发电机内任何地方产生的相应的射频(Radi。Frequency) 电流会流过中性点接地线，因而局部放电的传感器可以选择在中性点接 地线上，从而提取局部放电的电磁信号.发电机主绝缘上的局部放电可以 看作是一个点信号源，由局部放电所引起的电磁扰动在空间内产生的电箔皮由于发电机不同槽间电磁耦合比较弱，所以可以用传输线理论来分 析脉冲在绕 组中的传播，即绕组中的放电脉冲以一定的速度沿绕组传播.根据这种理 论，在发电机中性点处安装宽频电流互感器，就可以监测到局部放电高频 放电波形,以监测发电机内部放电量及放电量变化.射频监测法利用宽频带的高频电流传感器从发电机定子绕组中性线上 拾

28、取高频放电信号，以反映定子线圈内部放电现象.这种监测法的优点是 中性线对地电位低，高频CT传感器制作与安装相对容易;缺点是由于信 号衰减厉害，对信号处理技术要求较高.另外，不同大小的发电机，其槽间 的电磁耦合差异较大，并不都是可以忽略的,故传输线理论分析有很大的 误差,尤其对槽数多的大型水轮发电机.(2)便携式电容耦合监测法.20世纪70年代加拿大研制的一种局部放电在线监测装置.监测放电信 号时，将3个电容(如每个375pF,25kV)搭接在发电机三相出线上,信号通 过带通滤波器(如30kHz至1MHz)引入示波器，并显示出放电信号的时 域波形.这种方法在加拿大的一些电厂目前仍在应用.它的缺点

29、是要依靠 有经验的操作人员来区分外部干扰信号和内部放电信号.(3)发电机出口母线上耦合电容器法.传感器采用固定安装形式，在发电机出口母线上的每相安装一个电容耦 合器和在发电机中性点安装一个电容耦合器或高频电流传感器.其原理 是安装于母线出口的电容耦合器用于测取来自发电机定子绕组内部的 局部放电脉冲信号，安装在中性点上的电容耦合器用于监测现场的空间 噪声，相应测试仪器为4通道的监测仪器.这种方法对应的测试仪,采用硬 件和软件等方法对现场主要影响局部放电测量的噪讯进行消除.如来自 励磁的电刷产生的噪声是通过系统分析软件进行消除;来自空间的噪讯 通过天线接收，采用对比的方法进行消除.也有的未采用中性

30、点部位的传 感器，而采用软件法消除噪声.其中一个缺点是耦合电容位于发电机高压侧，其本身的可靠性影响到机组的可靠性.这是目前应用比较多 的一种方法,水轮发电机和汽轮发电机均能使用，在欧洲应用较多.(4)发电机出口母线上成对耦合电容器法.这种方法的局部放电信号是通过安装在发电机定子绕组上各相汇流环 或发电机出口母线上的高压耦合电容器获取的，每相各有一对耦合电容 器,每对耦合器的安装位置有一定的空间距离，以便消除来自电机外部的 干扰.由于每相安装有一定空间距离的双传感器，利用放电脉冲信号和外界干 扰信号到达两个传感器的时延的不同,来消除随机脉冲型干扰信号，利用 绕组内放电信号和外部噪声信号在绕组中传

31、播时具有不同特点来抑制 噪声,提取放电信号.同时，利用数字滤波，幅值鉴别,动态阀值等软件处理 方法滤除其他干扰.传感器耦合到的6路信号进入信号调理单元后，经由 多路开关选通其中一相对应的两路信号进行放大处理，然后进入采集卡, 再由采集卡转化为数字信号实施监控和数据处理.这种监测法适用于水轮发电机，因水轮发电机相对体积大，便于耦合器安 装.此法是以成对耦合器上的两并联支路完全对称来消除干扰的，实际上 使两支路参数完全对称是很难的，因此应尽可能减少这种不对称或采用 延时线进行补偿，以提高抑制干扰的能力另一缺点同上，即耦合电容的可 靠性影响到机组的可靠性.北美的公司较多的采用了这种监测法.(5)发电

32、机定子槽耦合器法.这种方法是直接在定子槽内安装耦合传感器SSC(Stator SlotCoupler), 这种定子槽耦合器是一种用于检测局放信号的天线，它装在靠近出口 端的定子槽的槽楔下面.每个SSC约50cm长,1.7mm厚，与定子槽等宽. 定子槽耦合器在频率从101000MHz范围内有相当好的频率响应，因 此它能检测到沿定子槽的高频信号比较真实的脉冲波形.定子槽耦合器最先是为了能在大型汽轮发电机有效地检测到局部放电 脉冲而提出的，它的重要特点是对局部放电和电噪声能产生不同的脉冲 响应理论研究与实际测量表明,定子绕组产生的局部放电脉冲约以15ns宽的脉冲能被SSC检测出来，而所有的各种内部与

33、外部噪声则以大 于20ns宽的脉冲形式被检测出来，这是因为噪声经绕组传播时,定子绕 组起了自然滤波的作用.脉冲宽度的这种明显差别使得它能很容易把定 子局部放电和其他干扰噪声区别开来.这种方法适用于大型汽轮发电机使用，具优点是局部放电信号和噪声信 号的区别能力强，灵敏度在这几种方法中也最高;但此法要求在发电机绕 组的槽楔下面埋设特制的SCC,故在耦合器的制作与埋置方面成本很高, 在多支路多槽数的水轮发电机的应用中受到限制.(6)以埋置在定子槽里的电阻式测温元件导线作传感器的监测法.这种方法是把埋置在定子槽里的某些电阻式测温元件(RTD)导线作为局 部放电传感器，而不需另装其他传感器.这种方法理论

34、上与SSC法有相似 之处,且利用预先埋置在定子某些槽里的电阻式测温元件(RTD)导线作为放电传感器测量局部放电脉冲, 对发电机回路不会带来任何影响，附加成本低.这种局放传感器频率特性 也较宽(约3 30MHz),便于将局放脉冲与噪声脉冲区别开来.这种方法 目前还处在探索实验阶段，应该说这是一个很有发展前景的监测方式.我国目前还没有颁布发电机局放在线检测的相关标准,IEEE在其2000 年颁布的关于电机局部放电监测的试用标准QEEE TrialUse Guide t0 the Measurement of Partial Discharges in Rotating Machinery) 主要推

35、荐了采用电容耦合法与定子槽耦合法进行发电机局部放电在线 监测.(二)发电机结构部分32 .什么是发电机定子绕组的主绝缘答:线棒是组成发电机定子绕组的基本构件,发电机定子绕组的主绝缘就 是指发电机线棒的绝缘.组成发电机线棒的各根股线（自带绝缘层的导线） 经过编织方奂位和胶化成型后，然后整体连续包绕绝缘层，以某种工艺固化 成型.这个绝缘层就是发电机定子绕组的主绝缘，见图2-4.以往发电机定子还有所谓非连续绝缘，即线棒在定子槽部的直线段采用 一种固化工艺成型，而线棒端部采用其他的方式包绕绝缘，现已淘汰.33 .发电机使用什么类型的主绝缘材料多胶带与少胶带有什么区别主 绝缘经历了哪些发展过程答:发电机

36、使用的主绝缘材料基本是云母制品，云母制品中主要成分是云 母.发电机主绝缘由云母，胶黏剂和补强材料这三部分构成.以前主绝缘采 用天然的剥片云母，为了提高原材料的性能和利用率，现广泛采用粉云母. 粉云母厚度均匀,电气性能稳定，生产成本较片云母低.主绝缘的电气性能和机械性能在某种程度上取决于主绝缘的固化工艺 和参数，而其固化的工艺参数又是由绝缘带内所含的黏接胶剂决定的.根 据绝缘带内的黏接胶的含量，目前主绝缘用的云母带可分为多胶粉云母 带（含胶量为32% 40%）和少胶粉云母带（6% 8%）.两者的绝缘固化 成型工艺有很大的区别,其固化工艺根据胶的含量有液压和模压的方式. 大型发电机的绝缘，欧洲在1

37、910年，就采用了虫胶云母箔卷烘绝缘;1930 开始使用以沥青及其复合物取代虫胶作为云母的胶黏剂;1954年开始使 用以环氧树脂为胶黏剂的多胶云母带.我国于1966年第一台采用环氧 粉云母绝缘的发电机是盐锅峡1号机（当时仅采用了 1/4瓣定子线棒 直到80年代才开发和应用了电气强度和机械强度都较高的高云母含量 的F级环氧粉云母带.虫胶云母箔卷烘绝缘采用天然虫胶作云母的黏接剂，热压成型，未经真空 处理，虫胶溶剂挥发后,则绝缘内会残留空隙.沥青浸渍云母绝缘以剥片云 母为基，以沥青作云母的黏接剂.沥青胶密实性较好，但使用年限长后易干 枯龟裂,内部游离腐蚀严重.从过去解剖退下来的旧线棒可见，绝缘层脱壳

38、 且间隙较大,有的大的间隙甚至可以塞进钢板尺.这两种绝缘基本上已不 再用于发电机绝缘.在高压电机绝缘的发展过程中，曾采用过其他的材料来代替云母材料，但 未能取得成功.目前大型发电机主绝缘材料普遍使用环氧玻璃粉云母带,接剂体系,耐热等级多为B,F级.现在主绝缘的特点是以热固性黏合剂取 代以往使用的沥青漆和虫胶，以玻璃布代替以往的云母带纸或电话纸作 衬垫补强材料，以粉云母代替片云母与以往的纸带作衬垫补强材料相比, 玻璃纤维的耐热性更好,以玻璃纤维织物作补强材料，使绝缘的耐热性和 机械性能都得到了改善.用于云母制品的胶黏剂的发展主要经历了有虫 胶漆，沥青漆,醇酸漆，环氧桐油酸酎胶，环氧聚酯漆及有机硅

39、漆等.绝缘结 构上的改进，使新型绝缘比以往的绝缘具有更优异的性能.虽然云母绝缘 制品中的主要成分是云母,但在整个绝缘构成中，胶黏剂是影响绝缘带电 气,机械性能和质量的主要因素，还决定云母绝缘的耐热等级,止匕外，还取 决于主绝缘的固化成型工艺.定子绕组主绝缘的固化成型是一种高分子 物质在高温高压状态下聚合反应的复杂过程，其加工质量与温度，时间，压 力的准确控制及其有机结合密切相关，固化工艺也是各厂家的质量保证 所在.目前主绝缘所采用的少胶和多胶绝缘带仍是两条平行的绝缘工艺 路线.34 .什么是线棒绝缘的少胶VPI工艺其应用情况如何答:VPI 即真空压力浸渍(vacuumpressure impr

40、egnation)之意，是 针对少胶云母带作主绝缘的一种使线棒绝缘固化成型的工艺，这种绝缘 固化工艺从上世纪40年代起即开始使用.少胶VPI工艺线棒绝缘成型是 在线棒上连续包绕少胶云母带完成后，在专用容器内通过抽真空将线棒 绝缘层间的空气排除，用高压将无溶剂浸渍树脂注入绝缘层中，再置于模 具中经过高温固化使绝缘成为一个整体.少胶VPI绝缘成型工艺的特点 是生产效率高，绝缘的整体性能好，绝缘层问可以基本做到无气隙,因而绝缘内部的气体 游离放电，电晕和发热较小,绝缘寿命好;但其生产设备价格昂贵,工艺复 杂.国外采用该绝缘工艺的厂家较多，到目前为止，已应用在额定电压为 27kV的汽轮发电机组和额定电

41、压为20kV的水轮发电机组上.国内有的 厂家也开始使用VPI工艺.35 .线棒主绝缘的多胶固化工艺有哪些其应用情况如何答:多胶固化工艺是针对采用多胶云母带作主绝缘的一种使线棒绝缘成 型的固化工艺.多胶连续绝缘的固化又分为多胶真空模压和多胶液压工 艺，这种工艺对生产工艺和设备要求较低，在上世纪50年代已开始应用. 线棒多胶带真空模压成型工艺,是在线棒上连续包绕多胶云母带完成后, 采用真空干燥除去绝缘层和云母带中的空气才军发成分，再置于模具中加 热，加压，使云母带中多余的树脂流动，填充绝缘层中的空隙,树脂固化后, 绝缘层中基本无空隙.这种方法可将半导体防晕层一次模压完成,即将防 晕层与主绝缘同时包

42、扎后一起固化，使得防晕层与主绝缘黏接为无气隙 的整体，有效提高防晕效果.多胶模压方法虽然应用压模较多，生产效率较 低,但线棒形状是最好的.更低一些电压等级的电机线圈，直接加热模压, 不用抽真空处理.线棒多胶液压成型工艺,是在线棒上连续包绕多胶云母带后，将线棒送人 专用液压罐,经过真空干燥处理后，以沥青为介质加温加压使绝缘固化成 为一个整体.但这种工艺的线棒几何尺寸不如模压线棒精确.国外使用多胶液压成型工艺的厂家也有不少旧前已应用于额定电压为 24kV的发电机上.国内生产厂家目前在大型发电机组上基本采用多胶连续绝缘和多胶热 模压绝缘成型工艺.采用多胶绝缘热模压工艺生产并已投运的汽轮发电 机最高额

43、定电压达到22kV,水轮发电机最高额定电压达到20kV.36 .什么皂黑绝缘什么是黄绝缘绝缘是主绝缘采用环氧玻璃粉云母绝缘的俗称.目前，黑绝缘已经淘汰，黄 绝缘广泛用于B级和F级发电机绝缘.37 .条形定子线棒由哪些部分组成答:定子波绕组条形线棒由多股铜导线和主绝缘构成，线棒的两端设有连 接接头.水内冷机组的线棒内部还有空心导线或空心不锈钢冷却水管.其 中，编织导线本身也是自带绝缘的导线,导线绝缘材料包括股间绝缘材料, 排间绝缘材料，换位绝缘材料由奂位填充材料等，此外在主绝缘包绕前，还有导线外表均匀电场分布的内均压层材料等.定子线棒局部剖析图见图2-4.38 .什么是线棒的内均压层其作用是什么

44、答:线棒的内均压层是在线棒各股线编制组合并胶合成为一体后,在主绝 缘包绕前，进行的半导体均压处理层.线棒内均压层的作用与高压电力电 缆的内屏蔽层的作用类似.电缆内屏蔽的作用是使导体与绝缘层良好接 触，消除导体表面因不光滑引起的局部电场畸变.内均压层的作用主要有两个:一是均匀导体外部电场，并消除主绝缘与导 体间的气隙;二是相当于加大了导线的圆角半径，可以改善角部电场分布, 起到降低最大电场强度的目的.内均压层结构上有涂刷半导体漆（胶）或包绕半导体带的方式.因此，这种 线棒如果在现场作局部修理时，应注意保持其结构上的完整性.39 .什么是涡流什么是集肤效应发电机线棒如何克服涡流和集肤效应 答:当交

45、流电流通过导线时，在导线周围产生交变的磁场.处在交变磁场中 的整块导体的内部会产生感应电流，由于这种感应电流在整块导体内部 自成闭合回路，形似水的旋涡,所以称做涡流.因为金属导体电阻很小，因 此这种感生电流很大，造成发热损耗.在直流电路内，均匀导线的横截面上的电流密度是均匀的,而当交流电通 过导线时，由于交变磁场的作用,在导线截面上各处电流分布不均匀，中心 处电流密度小，而越靠近表面电流密度越大,这种电流分布不均匀的现象 称为集肤效应（也称趋肤效应）.集肤效应的原因也是因为涡流的存在.交 流电的频率越高很集肤效应越严重.此外集肤效应也使得线棒内部的导 线载流能力下降.发电机的线棒截面都比较大，

46、涡流和集肤效应都会使线棒造成严重的发 热，所以克服发电机线棒发热的办法是将线棒内的导体设计成由若干股 相互绝缘的细小导线并联组成.如某发电机其设计的支路电流为2000A, 其每根线棒由44股2.5x8mm规格的双玻璃丝包线并联并经换位编织 而成.40 .什么是循环电流发电机线棒如何克服循环电流引起的损耗 答:定子绕组的线棒是由多股相互绝缘的导线组成的,线棒放置在线槽中, 由于每根导线所处的位置不一样,则其所交链的磁通也不一样，故感应的 电势也不一样.由于组成线棒的各根股线在线棒两端是并联在一起的，因 而会在单根线棒内产生环流，引起附加的发热和损耗，这个环流称为循环 电流.由循环电流引起的附加损

47、耗比集肤效应产生的附加损耗大得多.因 此，发电机线棒通过内部导线换位来减少这种由循环电流引起的损耗.41 .什么是换位什么是罗贝尔线棒 答:所谓换位，即线棒内部的多根股导线在线棒直线段进行交叉换位，通 过导线空间位置的改变，使各股线交链的磁通尽可能均衡，产生基本相等 的感应电势，以消除线棒内的内部环流，降低线棒损耗.可见，组成线棒的 每根股导线并不是与线棒长度等长的直线，而是略长，因要在线棒直线段 进行编织换位.这种进行了编织换位的线棒称为罗贝尔线棒，也即编织线 棒（典型的罗贝尔线棒编织接线见图2-5）.目前，大容量的发电机均采用 这种线棒.罗贝尔换位的标准定义是:组成线棒的股线排成两列，各股

48、线在铁芯全长 大，使制造成本增加.短路比主要根据电厂输电距离,负荷变化情况等因数 提出，一般水轮发电机的K,取0.9 13.结构上，短路比近似的等于可见, 要使Kc增大,须减小A,即增大机组尺寸;或加大气隙，须增加转子绕组安 匝数.4 .什么是发电机的直轴瞬变电抗Xd与发电机结构有什么关系 答:Xd是代表发电机运行中三相突然短路初始时间（阻尼绕组的电流衰 减后）的过渡电抗.直轴瞬变电抗是发电机额定转速运行时，定子绕组直 轴总磁链产生的电压中的交流基波分量在突变时的初始值与同时变化 的直轴交流基波电流之比.它也是发电机和整个电力系统的重要参数，对 发电机的动态稳定极限及突然加负荷时的瞬态电压变化率有很大影 响.Xd越小，动态稳定极限越大浦舜态电压变化率越小;但Xd越小,定子铁 芯要增大，从而使发电机体积增大，成本增加.Xd，的值主要由定子绕组和 励磁绕组的漏抗值决定.结构上,Xd与电负荷A,极距t有如下关系:k为比例系数.可见，要降低Xd,必须减小A或加大t,都将使发电机尺寸增大.5 .什么是发电机的直轴超瞬变电抗Xd 与发电机结构有什么关系Xd 的大小对系统有什么影响 答:Xd 是代表发电机运行中三相突然短路最初一瞬问的过渡电抗.发 电机突然短路时,转子励磁绕组和阻尼绕组为保持磁链不变，感应出对电 枢反