1　定子短路事故的主要原因及特点
1.1　200　MW发电机
　　根据调查分析，200　MW定子短路的主要原因从总体上讲，系产品结构不合理、绝缘施工及端部固定工艺不良、检验不严格、铜线焊接工艺差和材料选用不适宜等因素为事故的主导原因，其中以引线手包绝缘整体性差、鼻端绝缘盒填充不满、绝缘盒与线棒主绝缘末端及引水管搭接处绝缘处理不当、绑扎涤玻绳固化不良以及端部固定薄弱(包括引线存在100　Hz固有频率和铜线疲劳断裂)等问题尤为突出。事故中暴露的问题与两次调查组涉及的定子端部线圈设计、施工工艺与材料选用存在问题及管理不善完全相符。
　　事故机组普遍存在密封瓦漏油、轴封漏汽及机内氢气湿度达不到标准，甚至机内出现结露等问题，这些问题使先天有制造缺陷的薄弱部件，其绝缘水平进一步降低，引发了事故。此为事故发生的外因。
1.2　300　MW发电机
　　近年来，国产300　MW汽轮发电机发生故障与事故引起了有关部门的重视，为防范事故的发生所采取的措施与经验教训也值得200　MW机组借鉴。根据电力部安生司关于国产水氢氢300　MW汽轮发电机近期几起短路事故和故障调查材料表明，定子内冷水系统故障与厂家遗留隐患原因较为突出。据1993～1995年不完全统计，容量为300　MW及以上发电机(包括不同冷却方式的汽轮发电机与水轮发电机)发生事故及故障总共138台次，其中发电机本体故障为53台次，励磁机系统为45台次，其它辅助设备等为40台次，详见表1所示。

表1　300　MW及以上机组事故与故障概况

表2　大型汽轮发电机定子水路堵塞典型事故

表3　1993～1995年300　MW及以上发电机本体事故统计

2　转子磁化及产生轴电压的原因
　　大型汽轮发电机在运行中发生轴电压及磁化是常见的故障，该类故障的发生给设备造成损坏，有时为了消除缺陷而迫使大型机组长期停运。随着大机组的投入，轴电压与轴电流危及设备安全运行的事故也会频繁发生。例如某厂4号机组(200　MW)，在1993年5月28日7时55分，运行中6号、7号、9号轴承振动大(超出200　μm)，9时05分振动超出300　μm，被迫降负荷至170　MW后，振动才逐渐减小至170　μm。同时在同样工况下，转子电流有明显增大，振动随无功大小而变化。拔下护环，发现19号、20号大包线圈短路，槽间梯形绝缘垫块及环氧瓦块烧坏，检修停运119.92h，少发电量23.98　GWh。又例如，某厂4台300　MW中有3台机组大轴严重磁化，其中1、2号发电机因转子严重匝间短路而烧坏护环，1号机因护环烧损严重而作了更换。4号机在安装调试中，又发现转子大轴严重磁化，该机未经运行，磁化原因属于厂家在制造过程中引起。再例如某厂2台320　MW进口机组，投运6　000　h以后，因接地装置损坏及采用静态励磁，使大轴静电电荷积累产生电压高达130　V～160　V，造成调速系统振动，发电机大轴、调速器蜗母轮、轴承、密封瓦等处被电弧灼伤，机组长时间不能稳定运行。大机组容易发生该类故障的主要原因是大机组在设计中有较大气隙磁通、结构上的不对称(包括定子凹凸不平等因素)、磁场中有较高的三次谐波分量而造成铁芯易饱和以及采用静态励磁装置等，因而使得大型机组通常便有较高的轴电压，因此机组在投产前后以及运行中应加强监视，采取必要的防范措施以防止轴电压(或轴电流)损伤设备。
2.1　磁路不平衡引起的轴电压
　　在发电机中，由大轴、轴承和基础底座组成了电和磁的回路。构成回路的这些部件均属导电和导磁性材料。当回路中存在交变磁通时，大轴中将产生轴电压，回路中将产生轴电流。发电机大轴可以看作一根导线，它与外面轴承、底座等构成回路。当磁路对称时，回路中磁通总和等于零。对于有接缝的铁芯，当接缝数/极对数的最小公约数的分子为奇数时，总会存在轴电压。而转子产生偏心的后果如同铁芯增加接缝一样，会产生轴电压。因此一般可分析其轴电压的频率及大小来判断其故障的性质。
2.2　转子绕组匝间短路引起的单极电动势
　　单极电动势一般是由于转子绕组安匝数不平衡所引起。产生单极电动势的磁通方向是随大轴轴向的。若上述磁路不平衡，则产生的磁通方向也不同。单极电动势具有下列特点：
　　(1)单极电动势出现在每个轴承两端。所以单极电流经过轴承两端，轴电流有时高达数百安培，使轴瓦乌金烧坏。单极电动势的大小取决于

式中　k为常数；Φ为磁通；n为转数。
　　单极电动势有时高达十几伏。
　　(2)产生单极电动势的磁通，是从大轴的一端进入而从另一端出去，进出磁通大小相等方向相反，μ₁＝μ₂，故大轴总的电压接近于零。对于这类故障，采用改进大轴的接地电刷或监视大轴对地电压已无济于事。
2.3　静态励磁引起的轴电压
　　运行中当快速投入静态励磁时，由于磁场等值回路相当于一个分布电感、电容和电导的复杂网络，励磁电流的脉冲会在发电机磁场中依次造成脉冲。若上述磁场不对称，则会产生与这些脉冲相同性质的轴电压。静态励磁引起的轴电压具有以下特点：
　　(1)满负荷下，产生的轴电压低于轻负荷时的轴电压。
　　(2)静态励磁引起的轴电压具有快速上升的时间特性，因而对轴承油膜更具有破坏性。通常采取加强轴承绝缘的方法以减轻这些脉冲电压的危害，因为该部分绝缘作为阻抗极低的电容，对油膜保护作用甚微。
　　(3)大轴通常出现均等分的(如六等分)的电弧烧伤痕迹。
2.4　静电荷引起的轴电压
　　在汽轮机内由于蒸汽和汽机叶片之间摩擦而产生的静电电荷，电荷产生静电场而导致产生轴电压值有时可高达500V～700V。

3　采取的防范技术措施
　　近年来，通过两部有关单位的共同努力，使国产200　MW发电机的制造质量、运行水平有所提高。有关涉及定子绕组端部固定、加强端部手包引线绝缘及接头鼻部绝缘、改善烘焙工艺、注意接头铜线焊接质量、防止密封瓦漏油和氢气湿度过高，以及防止机内遗留金属杂物等措施，在贯彻中千万不能放松。近年来大型汽轮发电机内冷水系统出现的故障及制造质量新问题，也应采取必要的对策。
3.1　防止汽轮发电机定子内冷水系统故障的措施
　　(1)对于容量为300　MW及以上定子采用水内冷冷却方式的汽轮发电机，在制造厂出厂试验与安装交接试验时，建议进行发电机定子内冷水系统热水流试验。
　　(2)定子各部分测温元件，大修时应认真校验，保证测温元件的准确性；值班人员要定时监盘并作好记录。当槽内线棒间温度指示发生异常时，首先判断测温元件及引线有无虚接、短路、断线等现象。而当测温元件指示温度偏高时，可采取降低负荷的方式来作出判断。堵塞严重的发电机，除测温元件温度出现异常外，有时还伴随定子接地、绝缘膨胀过热流胶，致使“绝缘热报警装置”动作。对于QFS-300-2型双水冷却发电机，有时还能闻到绝缘过热后的糊焦味等异常现象。
　　运行中定子线棒间温差经检查确定达到8℃时应引起重视，当温差确定达到12℃且槽内测温元件温度超过90℃时，应立即停机检查。
　　(3)发电机运行时，定子测温元件应接到具有巡测、打印与报警的计算机上。
　　(4)新机出厂前，厂家应配两套槽内测温元件，其中一套作为备用。为了保证测温元件的质量，制造厂应选用由专业厂生产的性能可靠的测温元件。
　　(5)制造、安装及大修中，措施要认真，防止杂物(特别是过滤网后面的杂物)进入内冷水系统。当拆装水路中法兰对接处的密封垫和引水管口的密封垫时，更应细致，不要将密封垫伸出过多，严防由于脱落的橡皮等杂物的堵塞而引起绕组过热。对于老化的橡皮垫大修时应更换；在保证密封良好的前提下，应取消橡皮垫，而用聚四氟乙烯等材料替代。
　　(6)为了防止过滤网破损杂质进入内冷水系统，应采用不锈钢的过滤网。机组在安装起动时必须采用专门的清洗过滤网。每次大修中除检查过滤网有无破损外，还应及时清除过滤网上的杂质以保证水路的畅通。
　　(7)机组若无反冲洗装置，则应尽快配置。有装置的则应充分利用，做到大小修时及时进行反冲洗。
　　(8)基建和大修中每当定子水回路通水时，要及时通过定子排污管排气，确保定子引水管内不残留气体，以防止定子引水管汽化过热烧损。
　　(9)运行中严格控制定子内冷水的pH值，以防止定子内冷水铜管中产生氧化铜堵塞水路。
　　(10)在制造、安装及大修时，要确保定子引水管不与机壳相碰，引水管之间不硬碰，防止工作不慎而造成因引水管外伤而破损。定子引水管出厂时要认真按工艺要求进行检验，防止有质量缺陷的引水管用于机组上。
　　(11)加强定子内冷水泵的运行维护，备用水泵要求处在正常状态，防止切换过程中因备用水泵故障而造成定子水回路断水。同时运行中要严防水箱水位过低或水量波动而发生断水故障。
3.2　进一步贯彻两部提出的改进措施
　　实践证明，两部电发［1991］87号文关于防止200　MW、300　MW汽轮发电机定子绕组端部发生短路的技术改进措施，是及时的、全面的，对防止当时大型汽轮发电机的频繁性定子短路事故起到了积极作用。仅表面电位检查试验一项，据电力部安生司与科技司1995年联合发文(安生技函1995年29号)的调查结果表明，该方法对检测定子接头绝缘及漏水缺陷十分有效。函调中据15个网省局与3个电厂的统计，实测发电机总台数为84台，经测试发现缺陷机组有81台，占被测机组总数的96.4%；发现缺陷总共970处。据现场反应主要缺陷是手包绝缘松弛、绝缘盒与模压绝缘及引水管处搭接不良、手包绝缘不按工艺施工且太薄、盒内环氧泥充填不实、绝缘层内有油有水、绝缘固化不好而有放电现象以及空芯铜线漏水等。
3.3　预防轴电压(轴电流)及磁化的技术对策
　　(1)保证滑环侧轴承密封、氢封及励磁机对地绝缘良好。
　　(2)对于采用静态励磁的机组，应在回路上增加电容元件等抑制措施。采用静态励磁时对于交变轴电压起限制作用的不是电阻而是容抗。例如一台150　MW机组，油膜和轴承绝缘等效容抗仅8　Ω，而绝缘电阻为40　MΩ左右，说明此时提高轴承绝缘水平并不是防止励磁系统产生脉冲电压的唯一有效措施。
　　(3)大轴运行中应可靠接地。
　　(4)防止设计不良及运行中漏油而造成转子严重匝间短路。运行中应加强转子电流及机组振动的监视。对于300　MW及以上机组应采取动态匝间短路探测方法。大轴磁化后，应及时采取退磁措施。为了消除缺陷，转子可抽出后退磁，此时对于汽机低压缸转子及主励磁机转子可以不抽转子的状态下退磁；转子护环也可在拔后状态下退磁。采用上述方式可以大大提高工效，缩短故障检修时间。为了达到上述目的，对于大型发电机非转子匝间短路故障引起的大轴磁化，也可以在不抽出转子方式下退磁。此时只要采取防止退磁中磁通分流及增大安匝数等措施。在华北地区大机组中实施结果表明，不抽转子退磁均能取得较好的结果。

4　结束语
　　(1)近年来发电机定子内冷水系统的事故与故障较为突出，其中断水停机为14台次，占发电机事故总台次的26.4%；定子水回路堵塞为9台次，占
16.98%；定子引水管破裂为5台次，占9.43%。而发电机定子严重烧损事故均发生在定子水回路堵塞的机组上，损失很大。定子水回路中的问题应引起有关单位的高度重视。
　　(2)300　MW汽轮发电机近期发生的定子水回路堵塞、断水故障与事故，暴露出制造、安装与运行中还存在不少问题，应尽快提出相应的对策及时加以解决，以防止类似问题的再次发生。
　　(3)200　MW及以上国产汽轮发电机近年来定子绝缘事故虽已明显下降，但不少机组尚存在漏油与氢汽湿度过高的问题，有的单位在贯彻两部技术措施上还很不得力。希望结合大小修抓紧解决所存在的不安全隐患。

参考文献
1　能源部电力司国产200　MW、300　MW汽轮发电机制造质量及运行问题的调查报告.1991
2　(88)电技学字第5号文.中国电工技术学会、中国电机工程学会关于陡河、哈尔滨第三发电厂200　MW汽轮发电机定子绕组短路等技术问题的调查报告.1988
3　冯复生.国产200　MW汽轮发电机多次事故的分析及防止措施.电力技术，1990；(8)