同步交流发电机干燥的触发条件和操作方法
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故障检修与技术维护 |
同步交流发电机干燥的触发条件和操作方法 |
摘要：同步交流发电机干燥的必要条件可以概括为当测量数据（绝缘电阻、吸收比）表明绝缘性能已因受潮而下降到危险水平时，以及当发电机经历了可能导致内部受潮的物理事件或环境变化时。因此，干燥的目的是驱除绝缘材料中的水分，恢复其电气强度，从而保证发电机的安全运行和延长其使用寿命。
一、干燥的必要条件
1、干燥的触发条件
当发电机出现以下任何一种情况时，通常认为必须进行干燥处理：
（1）绝缘电阻过低
① 具体表现：使用兆欧表（摇表）测量定子绕组、转子绕组对地（外壳）的绝缘电阻值，低于制造商规定的最低允许值。
② 经验法则：如果找不到厂家标准，对于额定电压为1kV及以上的电机，在热态（75℃）下，其绝缘电阻不应低于每千伏1MΩ（例如，10.5kV的发电机，绝缘电阻不应低于10.5MΩ）。在冷态测量时，这个值会更高。任何明显的下降都应引起警惕。
（2）吸收比（或极化指数）不合格
这是判断绝缘体是否受潮的更灵敏指标。
① 吸收比（R60"/R15"）：测量60秒时的绝缘电阻值与15秒时的绝缘电阻值的比值。如果吸收比<1.3，则表明绝缘可能受潮。
② 极化指数（PI，R10'/R1'）：测量10分钟时的绝缘电阻值与1分钟时的绝缘电阻值的比值。如果极化指数<2.0，则强烈表明绝缘已受潮。
这两个指标比单一的绝缘电阻值更能反映绝缘材料的潮湿状况。
（3）经历恶劣环境或事件
① 长期闲置：特别是在潮湿、多尘的环境中停放超过规定时间（如数月）。
② 环境温度骤变：例如，在寒冷环境下存放的发电机被移动到温暖的厂房中，导致绕组表面产生凝露。
③ 涉水或进水：发电机曾遭遇水淹、机房flooding（洪水）、内部冷却器泄漏或任何导致水分直接进入发电机内部的情况。
④ 维护后：进行过大修或开盖检查，期间绕组长时间暴露在潮湿空气中。
2、干燥前的准备工作与安全条件
（1）安全隔离：确保发电机已从电网完全断开（断开断路器、隔离开关），并执行“挂牌上锁”程序。
（2）彻底清洁：清除发电机内外部灰尘、油污和杂物。
（3）拆除障碍物：拆开加热和干燥有影响的部分盖板，以利于潮气逸出。
（4）可靠接地：确保发电机定子、转子和外壳可靠接地。
（5）环境温度：干燥现场应保持通风，环境温度不低于5℃。
（6）监测仪表：准备好兆欧表、温度计（或热电偶、热成像仪）、钳形电流表等监测设备。
二、发电机干燥的操作方法
发电机干燥的方法很多，下面介绍几种常用的干燥方法，它们各有其优缺点，在选择干燥方法时，应依据绝缘受潮的程度、电机的结构和现场的条件而定。这些方法中有些对电动机的干燥同样适用。
1、热风法
装设一台专用的鼓风机，将空气送入加热器，加热到70～100℃，再吹入发电机，发电机应用帆布罩好，留出排气孔，使空气能经过电机自由流动。加热器通常是用电热丝或蛇形蒸汽管来加热。电加热器的容量可按下式估计：
式中，Pe为发电机额定容量，kW。
当电机带转子一起干燥时，在干燥过程中，为了防止转轴在火热下变形，应该周期地把转子转动180°。为了使热风能均匀地吹到线圈的各个部分，应定时地更换吹风位置，并应控制电机线圈表面温度不应超过85℃，靠近进风口处不得超过90℃。这种方法亦能与其他干燥方法并用。
2、短路电流干燥法
将发电机三相短接后运转，在转子中加入一些励磁电流，使定子线圈里产生一定的短路电流，一般为额定电流的50％～70％。电压可以不在额定值下运转，只要保证有足够的励磁即可，但转速不应随时变动，以免发热不稳定。
短路点的选择最好在定子出线处，但也可以同电缆、变压器一起干燥；如短接回路内有开关，为了防止开关偶然跳闸而使电机的电压升高，应该把开关的跳闸回路切断。
干燥开始时，应先保持定子电流在50％～70％额定电流下运转4～5h，然后逐渐升高电流值，使热空气的温度达到65～70℃，并在整个干燥时间内保持此值，线圈的温度不得超过85℃（电阻法）或70℃（温度计法），湿度的控制可以通过调节电流的大小来实现。
此法的优点是定子和转子可以同时干燥，发电机转动时的风量可以帮助潮气散开，缩短干燥时间；其缺点是要不带负荷运行，因此经济性较差。
3、铁损干燥法
接线如图1所示。定子铁芯上绕一个线圈，通入低压交流电，使定子产生磁通，依靠定子引起的铁损来加热电机。
在干燥前，要先测量定子铁芯的尺寸，从而决定线圈的匝数及所用导线的截面。
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图1 铁损干燥法接线图 |
铁芯有效截面按下式计算：
S=0.46(L-N·b)(D2-D1)(c㎡)
式中，L为定子铁芯长度，cm；N为定子铁芯径向通风沟数目；b为通风沟宽度，一般为1cm；D1为定子齿根处之直径，cm；D2为定子铁芯外径，cm。
线圈匝数：
式中，U为干燥时线圈所用交流电压。
线圈所用导线的截面可按下式决定的电流来选择：
如果没有适当的规格，也允许将数根导线并联使用，但绝缘应该保持完好。
在干燥过程中，采用浸胶的定子线圈表面最高温度不应高于85℃，铁芯不应高于90℃。温度的调节是靠改变铁芯的磁通密度来实现，所以线圈要抽出几个分接头，以便调节温度。开始干燥时所用匝数可选择为
待温度升高后，再改用较多的匝数，降低磁通密度保持温度。在测量绝缘电阻时，可以不断开线圈的电源。有时在铁损不大时，为了加快电机的干燥，可同时将定子接成开口三角形，通入直流电源进行干燥。在采用铁损干燥法时应特别注意下列事项：
（1）绕在定子铁芯的线圈导线的绝缘应完好无缺陷，截面不能过小，绕线圈位置约占定子圆周的25％，导线不应触及定子铁芯和定子线圈的端部。
（2）电机的端部应注意保温，切勿使冷空气由下部流入，以免干燥不均匀。
（3）采用此法时，一般需要抽出转子，否则需注意产生轴电压和轴电流。
4、铜损耗法干燥
（1）用直流电通入定子线圈：
此法是依靠线圈的铜损所产生的热量干燥发电机。通入定子线圈的电流为额定电流的50％～80％，线圈的温度应保持在85℃以内（电阻法）或70℃以内（温度计法），温度的调节是靠调节电流的大小来实现。转子也可通入直流电干燥，或者将定子、转子线圈串联。但在干燥过程中，应能随时将定子与转子串联的接头拆开，因为静止的转子发热较快，这样可以调节温度。通入转子的电流，不应超过转子的额定电流。
采用此法干燥时，转子可以抽出也可以不抽出，且转子也通直流电干燥，则干燥时不可转动转子，以免定子圈里感应出电压。为了防止轴在太热下弯曲变形，应间断地作180°盘车，盘车时必须先切断转子电流。
当发电机线圈过度潮湿时不能采用这种方法，因为直流电会起电解作用。在测量绝缘电阻时，应将电源切断，否则将影响读数。
线圈的连接方法，依线圈的结构形式不同，可接成三角形，在定子引出线根数可能时，最好是连接成图2（a）的形式。只有在出线头有三个或为星形接线时，才接成图2（b）的形式。若定子接成三角形时，可以接成图2（c）的形式。应用后两种连接方法时，为了使各线圈加热相同，应在一定时间内轮流更换接头。
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图2 发电机定子线圈连接方法 |
（2）用低压三相交流电通入定子线圈干燥：
定子内通入低压三相交流电，将转子堵住，转子磁极线圈短路。所使用的电压一般为额定电压的8％～10％，使定子电流不致太大，为60％～70％定子额定电流，以免线圈过热烧坏。由于定子里产生旋转磁场，在转子的表面上引起涡流损耗，使转子亦得到加热。也可通单相交流电干燥，其接线方法与通直流电干燥相同。
这种方法的缺点是需要一定容量的降压用自偶变压器，同时温度也不易控制，在转子上个别地方可能产生发热特别厉害的热点，要特别引起注意。
5、带负荷干燥
低压发电机如仅是表面受潮时，可以考虑采用带负荷干燥，干燥时将发电机在50％额定负荷下运行，然后逐步按50％、65％、85％、100％顺序增加至额定值。每一阶段约运行24h。在干燥过程中，应定时停机测量线圈的绝缘电阻。
三、干燥过程与终结判断
1、干燥过程监控
（1）定时记录：每小时记录一次绝缘电阻、绕组温度、铁芯温度、电流等参数。
（2）绝缘电阻变化：干燥初期，由于温度升高和潮气析出，绝缘电阻会明显下降并持续一段时间。之后，随着潮气被驱离，绝缘电阻开始回升并趋于稳定。
（3）温升控制：开始阶段升温应缓慢，建议每小时不超过5-8℃，以避免内部应力过大。
2、干燥终结的判断标准
干燥工作应持续到达到以下稳定状态为止：
（1）绝缘电阻稳定：在恒定温度下，绝缘电阻值在至少3-4小时内不再显著增加，并保持稳定。
（2）吸收比合格：吸收比（R60s/R15s）≥1.3，或极化指数（R10min/R1min）≥2.0。（对于B级或F级绝缘，此标准是可靠的）
（3）无冷凝水：出风口感觉不到潮湿的空气，绕组表面无水滴凝结。
总结：
对于具备运行条件的发电机，短路电流干燥法是首选，因其高效、均匀。同时可以结合使用其他手段，例如用热风法进行预热，再用短路法进行深度干燥。整个干燥过程中，防火、防触电、防烫伤是重中之重，并严格遵循发电机制造商的操作和维护手册中的具体规定。通过系统性的干燥处理，可以有效地恢复发电机的绝缘性能，确保其安全、可靠地投入运行。
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