發電機部分.什么是“同步”發電機？同步轉速是如何確定的？答：發電機是發電廠的心臟設備，發電機按其驅動的動力大致可分為水輪發電機（水力）和汽輪發電機（蒸汽）。本書所涉及的內容均是指同步發電機（限于立式水輪發電機）。發電機在正常運行時，在發電機定轉子氣隙間有一個旋轉的合成磁場，這個磁場由兩個磁場合成：轉子磁場和定子磁場。所謂“同步”發電機，就是指發電機轉子磁場的轉速（原動機產生）與定子磁場的轉速（電力系統頻率決定）相等。轉子磁場由旋轉的通有直流電的轉子繞組（磁極）產生，轉子磁場的轉速也就是轉子的轉速，也即整個機組的轉速。轉子由原動機驅動，轉速由機組調速器進行調節，這個轉速在發電機的銘牌上都有明確標示。定子旋轉磁場由通過三相對6Df稱電流的定子三相繞組（按120°對稱布置）產生，其轉速由式一匕確定（式中：p為轉子磁極對數；f為電力系統頻率；n為機組轉速）。從式中可見，對某一具體的發電機，其磁極對數是固定不變的，而我國電力系統的頻率也是固定的，即50Hz（也稱工頻），可見每一具體的發電機的定子旋轉磁場的轉速在發電機制造完成后就是“定值”。當然,電力系統的頻率并不能真正穩定在50Hz的理論值，而是允許在這個值的上下有微小的波動，也即定子磁場在運行中實際是在額定轉速值的周圍動態變化的。轉子磁場為了與定子磁場同步也要適應這個變化，也即機組的轉速作動態的調整。如果轉速不能與定子磁場保持一致，則我們說該發電機“失步”了。.什么是發電機的飛輪力矩6口,。？它在電氣上有什么意義？答：發電機飛輪力矩gd\是發電機轉動部分的重量與其慣性直徑平方的乘積。看起來它是一個與電氣參數無關的量，其實不然，它對電力系統的暫態過程和動態穩定影響很大。它直接影響到在各種工況下突然甩負荷時機組的速率上升及輸水系統的壓力上升，它首先應滿足輸水系統調節保證計算的要求。當電力系統發生故障，機組負荷突變時，因調速機構的時滯，使機組轉速升高，為限制轉2 ?速，機組需一定量的6口，G口越大，機組轉速變化率越小，電力系統的穩定性就越好。GD2與機組造價密切相關，GD°越大，機組重量越大、制造成本越大。.什么是發電機的短路比Kc?Kc與發電機結構有什么關系？答：短路比Kc,是表征發電機靜態穩定度的一個重要參數。 Kc原來的意義是對應于空載額定電壓的勵磁電流下三相穩態短路時的短路電流與額定電流之比，即Kc=Iko/IN。由于短路特性是一條直線，故Kc可表達為發電機空載額定電壓時的勵磁電流Ifo與三相穩態短路電流為額定值時的勵磁電流Ifk之比，表達式為：Kc=Ifo/Ifk=1/Xd。Xd是發電機運行中三相突然短路穩定時所表現出的電抗，即發電機直軸同步電抗（不飽和值）。如忽略磁飽和的影響，則短路比與直軸同步電抗Xd互為倒數。短路比小，說明同步電抗大，相應短路時短路電流小，但是運行中負載變化時發電機的電壓變化較大且并聯運行時發電機的穩定度較差， 即發電機的過載能力小、電壓變化率大，影響電力系統的靜態穩定和充電容量。短路比大，則發電機過載能力大，負載電流引起的端電壓變化較小，可提高發電機在系統運行中的靜態穩定性。但Kc大使發電機勵磁電流增大，轉子用銅量增大，使制造成本增加。短路比主要根據電廠輸電距離、負荷變化情況等因數提出，一般水輪發電機的 K,取0.9?3。結構上，短路比近似的等于, fix5"?（6.3~0.4）式中合一氣隙長度；r-wm；H——氣隙磁密；、 4——發電機電負荷u一一一…可見，要使Kc增大，須減小A,即增大機組尺寸；或加大氣隙，須增加轉子繞組安匝數。.什么是發電機的直軸瞬變電抗Xd'?與發電機結構有什么關系？答：Xd'是代表發電機運行中三相突然短路初始時間（阻尼繞組的電流衰減后）的過渡電抗。直軸瞬變電抗是發電機額定轉速運行時，定子繞組直軸總磁鏈產生的電壓中的交流基波分量在突變時的初始值與同時變化的直軸交流基波電流之比。它也是發電機和整個電力系統的重要參數， 對發電機的動態穩定極限及突然加負荷時的瞬態電壓變化率有很大影響。 Xd'越小，動態穩定極限越大、瞬態電壓變化率越小；但Xd'越小，定子鐵芯要增大，從而使發電機體積增大、成本增加。Xd'的值主要由定子繞組和勵磁繞組的漏抗值決定。結構上，Xd'與電負荷A、極距P有如下關系:k為比例系數。可見，要降低Xd',必須減小A或加大都將使發電機尺寸增大。.什么是發電機的直軸超瞬變電抗Xd〃？與發電機結構有什么關系？Xd〃的大小對系統有什么影響？答：Xd〃是代表發電機運行中三相突然短路最初一瞬問的過渡電抗。 發電機突然短路時，轉子勵磁繞組和阻尼繞組為保持磁鏈不變，感應出對電樞反應磁通起去磁作用的電流，將電樞反應磁通擠到勵磁繞組和阻尼繞組的漏磁通的路徑上，這個路徑的磁阻很大即磁導很小，故其相對應的直軸電抗也很小，這個等效電抗稱為直軸超瞬變電抗Xd〃，也即有阻尼繞組的發電機突然短路時，定子電流的周期分量由Xd'來限制。結構上，Xd'主要由發電機定子繞組和阻尼繞組的漏抗值決定。對于無阻尼繞組的發電機，則Xd〃=Xd'。由于Xd'的大小影響電力系統突然短路時短路電流的大小，故Xd'值的大小也影響到系統中高壓輸變電設備特別是高壓斷路器的選擇，如動穩定電流等參數。從電氣設備選擇來說，希望Xd'大些，這樣短路電流小一些。.阻尼繞組的作用是什么？答：水輪發電機轉子設計有交、直軸阻尼繞組。阻尼繞組在結構上相當于在轉子勵磁繞組外疊加的一個短路鼠籠環，其作用也相當于一個隨轉子同步轉動的“鼠籠異步電機”，對發電機的動態穩定起調節作用。發電機正常運行時，由于定轉子磁場是同步旋轉的，因此阻尼繞組沒有切割磁通因而也沒有感應電流。當發電機出現擾動使轉子轉速低于定子磁場的轉速時， 阻尼繞組切割定子磁通產生感應電流，感應電流在阻尼繞組上產生的力矩使轉子加速，二者轉速差距越大，則此力矩越大，加速效應越強。反之，當轉子轉速高于定子磁場轉速時，此力矩方向相反，是使轉子減速的。因此，阻尼繞組對發電機運行的動態穩定有良好的調節作用.3Y接線是什么含義？發電機為何多采用星形接線？答：在發電機銘牌或圖紙中，我們常見到發電機定子繞組的接線方式表示為Y、3Y、5Y等。這表示發電機是按星形方式接線。3Y表示發電機定子繞組是3路星形并聯，也可以理解為3個星形接線的發電機并聯在一起。由于發電機的磁通內有較強的3次諧波，如果發電機接成△線，則3次諧波會在△內形成回路，造成附加的損耗和發熱。止匕，發電機定子繞組一般接成Y形,使3次諧波不能形成回路。.什么是勵磁繞組？什么是電樞繞組？答：在電機的定、轉子繞組中，將空載時產生氣隙磁場的繞稱為勵磁繞組（或激磁繞組）；將另一產生功率轉換（吸收或出有功功率）的繞組稱為電樞繞組。可見，水輪發電機的勵磁組就是轉子繞組，而定子繞組則是電樞繞組。異步電動機的勵繞組是定子繞組，而基本處于短路狀態下的轉子繞組則是電樞組。.什么是疊繞組？有何特點？什么是波繞組？有何特點？答：疊繞組是任何兩個相鄰的線圈都是后一個線圈疊在前一線圈的上面。在制造上，這種繞組的一個線圈多為一次制造成，這種形式的線圈也稱為框式繞組。這種繞組的優點是短矩時節省端部用銅，也便于得到較多的并聯支路。其缺點是端部的接線較長，在多極的大電機中這些連接線較多，不便布置且用量也很大，故多用于中小型電機。 波繞組是任何兩個串聯線圈沿繞制方向象波浪似的前進。 在造上，這種繞組的一個線圈多由兩根條式線棒組合而成，故也為棒形繞組。具優點是線圈組之間的連接線少，故多用于大型輪發電機。在現場，波繞組的元件直接稱呼為“線棒” 。本書述中，多以“線棒”代替“線圈”。.什么是每極每相槽數g?什么是整數槽繞組？什么是分槽繞組？答：對某一具體的發電機，發電機定子的槽數和轉子的磁極數都已確定。其中有一個重要的概念是每極每相槽數q。發電繞組由A、RC三相組成，則每一相在定子中所占的槽數是等的，各1/3;對應于轉子的每個磁極，各相在每個磁極下對應所占的定子槽數也是相等的。每極每相槽數q,即在每個磁極下，每一相應該占有的槽數。式中z--一定子總槽數；2P——磁極個數；m——相數。由公式可見，q值很容易求得。當q為整數時，則稱繞組為整數槽繞組；q為分數時，則稱繞組為分數槽繞組。如q=3,則表示一個磁極下，A、B、C三相在定子槽中各占有三槽。如口二2丁表示一個磁極下，ABc三相在定子槽中各占有彳槽，也即分數槽。22可是，一個定子槽是不可能劈開為分數的。 4也即11/4,這就表示，每4個磁極下，A、B、c三相在定子槽中各占有11槽，各相磁極下對應的總的槽數還是相等。.什么是分數槽繞組的循環數（或輪換數）？它是如何組成和確定的？ ’答：在發電機定子繞組圖紙的參數中，我們可以看到繞組循環數或輪換數，如某發電機定子為792槽，每極每相槽數神彳其繞組循環數為3233,這個數就是分數槽繞組的輪換數，它與每極每相槽數是密切相關的，它表示定子三相繞組的排列中各相對應布置的定子槽數。上述的3233,其4位數字相加：3+2+3+3=11;11為定子槽數，“位數”4表示4個磁極，顯然兩數分別為每極每相槽數q=11/4的分子和分母。它表示定子的所有槽數排列順序為：按A相3槽、B相2槽、C相3槽、A相3槽（注意已排了一輪）、B相3槽、C相2槽、A相3槽、B相3槽（注意已排了兩輪）……，如此一直將所有的定子槽數排完（見圖2—1）。即按3233的順序將定子的全部槽數均分為三等分，如該發電機共有 792槽，則以3233這個順序數排72輪（72X11=792）,就將全部定子槽數排完了，每相占有264槽（參見本部分13題）。同為11/4,循環數當然也可排為2333或3332。之所以選3233,是根據各種排列在方塊圖上排列顯示后，以其連線最省的原則確定的。也即繞組線棒之間的連接方式，以選用端部接頭最少的波繞方式為佳，繞組端部接線的設計應使極問連接線的數量最少。為節省篇幅，只標出一個支路的連接，中間部分槽省略。.什么是波繞組的合成節矩？合成節矩中的數值各代表什么意義？答：合成節矩是用來表征波繞組連接規律的參數。 它表明波繞組將各個線圈用接成完整繞組沿繞制方向前進的槽數， 為相鄰兩線圈的對應邊相隔的槽數。如在發電機定子繞組圖紙上，我們看到繞組參數欄內標有類似 1-7—14這樣的參數，這個參數就是繞組的合成節矩。合成節矩Y=y1+y2;其中節矩y1,表明一個定子線圈的一根線棒在N極下而另一根線棒處在s極下，兩端相隔的定子槽數，1-7表示這個線圈一端在第1槽而另一端在第7槽，y1=6:節矩y2,表示該線圈從第7槽出來后下一個相連的線圈槽號是第14槽，y2=7,則合成節矩Y=14ri.分數槽繞組有何優缺點？答：大型水輪發電機多采用分數槽繞組，其優點有：①能削弱磁極磁場非正弦分布所產生的高次諧波電勢；②能有效地削弱齒諧波電勢的幅值，改善電動勢的波形；③減小了因氣隙磁導變化引起的每極磁通的脈振幅值， 減少了磁極表面的脈振損耗。其缺點是分數槽繞組的磁動勢存在奇數次和偶數次諧波，在某些情況下它們和主極磁場相互作用可能產生一些干擾力，當某些干擾力的頻率和定子機座固有振動頻率重合時，將引起共振，導致定子鐵芯振動。因此，分數槽 q值選擇不當也可能帶來很多隱患，這在實際發電機的運行中是有例子的。.什么是齒諧波電勢？削弱齒諧波電勢有哪些方法？答：在發電機繞組電勢的分析中，首先是假定定子繞組的鐵芯表面是平滑的，但實際上由于鐵芯槽的存在，鐵芯內圓表面是起伏的，對磁極來說，氣隙的磁阻實際上是變化的。磁極對著齒部分，則磁阻小，對著鐵芯線槽口部分的氣隙磁阻就大，隨著磁極的轉動，就會由于氣隙磁阻的變化在定子繞組中感應電勢。 這種由于齒槽效應在繞組中感生的電勢就稱為齒諧波電勢。削弱齒諧波電勢的方法有：采用斜槽，即定子或轉子槽與軸線不平行。把定子槽做成不垂直的斜槽或將磁極做成斜極，當然這在大型發電機中是無法做到的。在小型電機如異步鼠籠電動機中，轉子繞組采用的就是斜槽。在一些中小型發電機中也采用了定子斜槽的方式，一般斜度等于一個定子槽距。采用磁性槽楔，即改善磁阻的大小。但目前沒有成熟技術，也只限于中、小型電動機上應用。加大定、轉子氣隙也能有效地削弱齒諧波，但會使功率因數變壞，故一般也不米用。采用分數槽繞組。這是目前大型水輪發電機廣泛采用的方法。16.發電機運行中的損耗主要有哪些？答：發電機的損耗大致可分為五大類，即定子銅損、鐵損、勵磁損耗、電氣附加損耗、機械損耗。發電機運行中，所有的損耗幾乎都以發熱的形式表現出來。定子銅損即定子電流流過定子繞組所產生的所有損耗。鐵損即發電機磁通在鐵芯內產生的損耗，主要是主磁通在定子鐵芯內產生的磁滯損耗和渦流損耗，還包括附加損耗。i勵磁損耗即轉子回路所產生的損耗廠主要是勵磁電流在勵磁回路中產生的銅損。(4)電氣附加損耗則比較復雜，主要有端部漏磁通在其附近鐵質構件中產生的損耗、各種諧波磁通產生的損耗、齒諧波和高次諧波在轉子表層產生的鐵損等。(5)機械損耗主要包括通風損耗、軸承摩擦損耗等。17.發電機突然短路有哪些危害？答：(1)發電機突然短路時，發電機繞組端部將受到很大的電動力沖擊作用，可能使線圈端部產生變形甚至損傷絕緣。定、轉子繞組出現過電壓，對發電機絕緣產生不利影響。定子繞組中產生強大的沖擊電流，與過電壓的綜合作用，可能導致絕緣薄弱環節的擊穿。發電機可能產生劇烈振動，對某些結構部件產生強大的破壞性的機械應力。.什么是絕緣的局部放電？發電機內的局放有哪幾種主要形式？答：在電場的作用下，絕緣系統中絕緣體局部區域的電場強度達到擊穿場強，在部分區域發生放電，這種現象稱為局部放電 (PartialDischarge)。局部放電只發生在絕緣局部，而沒有貫穿整個絕緣。發電機中的局部放電主要有繞組主絕緣內部放電、端部電暈放電及槽放電（含槽部電暈）三種。止匕外，發電機中還有一種危害性放電，是由定子線圈股線或接頭斷裂引起的電弧放電，這種放電的機理與局部放電不同。.發電機主絕緣內的局部放電產生的原因是什么？有什么危害？答：大型發電機定子線棒在生產過程中，由于工藝上的原因， 在絕緣層問或II絕緣層與股線之間可能存在氣隙或雜質；運行過程中在電、熱和機械力的聯合作用下，也會直接或間接地導致絕緣劣化，使得絕緣層間等產生新的氣隙。由于氣隙和固體絕緣的介電系數不同，這種由氣隙（雜質）和絕緣組成的夾層介質的電場分布是不均勻的。在電場的作用下，當工作電壓達到氣隙的起始放電電壓時，便產生局部放電。局部放電起始電壓與絕緣材料的介電常數和氣隙的厚度密切相關。氣隙內氣體的局部放電屬于流注狀高氣壓輝光放電，大量的高能帶電粒子（電子和離子）高速碰撞主絕緣，從而破壞絕緣的分子結構。在主絕緣發生局部放電的氣隙內，局部溫度可達到1000C,使絕緣內的膠粘劑和股線絕緣劣化，造成股線松散、股問短路，使主絕緣局部過熱而熱裂解，最終損傷主絕緣。局部放電的進一步發展是使絕緣內部產生樹枝狀放電， 引起主絕緣進一步劣化，最終形成放電通道而使絕緣破壞。.什么是電暈？電暈對發電機有什么危害？答：發電機內的電暈（Corona）,是發電機定子高壓繞組絕緣表面某些部位由于電場分布不均勻，局部場強過強，導致附近空氣電離，而引起的輝光放電。可見，電暈是發電機局部放電的一種。它產生在絕緣的表面，它與我們所熟悉的一般戶外高壓電場下的導體附近的電暈是有所不同的。與其他形式的局部放電相比，電暈本身的放電強度并不是很高，但電暈的存在大大的降低了絕緣材料的性能。表面電暈使絕緣表面局部溫度升高，電暈的熱效應及其產生的03和N2的化合物（03極易分解與空氣中的氮N2及水分化合生成酸）也會損壞局部絕緣，對黃絕緣來說是將絕緣層變成白色粉末，具程度的深淺與電暈作用時間有關，材料表面損壞后，放電集中于凹坑并向絕緣材料內部發展，嚴重時發展為樹枝放電直到擊穿。止匕外，電暈還使其周圍產生帶電離子，各種不利因數的疊加，一旦定子繞組出現過電壓，則就有造成線棒短路或擊穿的可能。黃絕緣的擊穿場強隨溫度的升高而略有下降，當溫度超過 180c時，其擊穿場強將急劇下降。.發電機內哪些部位易產生電暈？答：發電機一般在機內可能產生外部電暈的部位有：①線棒出槽口處。 繞組出槽口處屬典型的套管型結構，槽口電場非常集中，是最易產生電暈的地方。 ②鐵芯段通風溝處。通風槽鋼處屬尖銳邊緣，易造成電場局部不均勻。③線棒表面與鐵芯槽內接觸不良處或有氣隙處。④端箍包扎處。⑤端部異相線棒間。 繞組端部電場分布復雜，特別是線圈與端箍、綁純、墊塊的接觸部位和邊緣，由于工藝原原因往往很難完全消除氣隙，在這些氣隙中也容易產生電暈。!j J M.發電機電暈與哪些因素有關系？答：(1)與海拔高度有關。海拔越高，空氣越稀薄，則起暈放電電壓越低。與濕度有關。濕度增加，表面電阻率降低，起暈電壓下降。端部高阻防暈層與溫度有關。如常溫下高阻防暈層阻值高，則溫度升高其起暈電壓也提高。常溫下如高阻防暈層阻值偏低，起暈電壓隨溫度升高而下降。槽部電暈與槽壁間隙有關。線棒與鐵芯線槽壁間的間隙會使槽部防暈層和鐵芯間產生電火花放電。環氧粉云母絕緣最易產生局部放電的危險間隙在是O.2?0.3mm左右。目前我國高壓大電機采用的環氧粉云母絕緣的線膨脹系數很小，在正常運行條件下，環氧粉云母絕緣的線棒的膨脹量不能填充線棒和鐵芯問的間隙。這是與黑絕緣區別比較大的地方。與線棒所處部位的電位和電場分布有關。越高越易起暈，電場分布越不均勻越易起暈。.什么是電腐蝕？什么是內腐蝕和外腐蝕？防止電腐蝕的措施有哪些？答：電腐蝕是發生在發電機槽部定子線棒防暈層表面和定子槽壁之間因失去電接觸而產生的容性放電，從而引起線棒表面的腐蝕和損傷。這種容性放電的放電能量比純電暈放電要大得多，嚴重時發展為火花放電。火花放電溫度可高達攝氏幾百度至上千度。同樣，放電使空氣電離產生的臭氧與空氣中的氮、水分產生化學作用，對線棒表面和鐵芯產生腐蝕。 電腐蝕輕者，使線棒防暈層及主絕緣表面變白并有不同程度的蠶食；嚴重者防暈層損壞，主絕緣外露或出現麻點， 引起線棒表面防暈層乃至主絕緣、墊條的燒損。這種引起線棒防暈層、主絕緣、墊條等損傷的情況統稱為“電腐蝕”。根據電腐蝕產生的部位分外腐蝕和內腐蝕。外腐蝕指發生在防暈層和定子槽壁之間的電腐蝕；內腐蝕是指發生在防暈層和主絕緣之間的電腐蝕。內腐蝕的原因是由于線棒的表面防暈層與線棒主絕緣之間粘接接觸不好， 存在微小空氣氣隙的緣故，如主絕緣表面不平整，半導體漆沒有浸透或半導體漆本身的問題等。隨著發電機制造技術的發展，“內腐蝕”基本上已成為了一個歷史名詞。防止電腐蝕的措施有：①定子槽內在下線前噴低阻半導體漆。②選擇合適的低阻半導體墊條，打緊槽楔，保證線棒直線部分表面防暈層的完好，使線棒表面防暈層與墊條或鐵芯壁有良好的接觸。③改進線棒槽內固定方式。④改進制造工藝水平，如線棒的尺寸和平直度、鐵芯的制造和疊片公差等。良好的線棒制造工藝和整機制造水平是減少電腐蝕發生的有力保證。目前我國在線棒防暈和防止電腐蝕方面有了長足的進步，如主絕緣和防暈層同時熱壓成型、半導體適型氈工藝、線棒采用半導體槽襯槽內固定等。.永磁發電機有什么作用？一般采用什么類型的永磁機？答：永磁發電機位于發電機組的機頭部分，與發電機組同軸同步旋轉。 其作用主要是為水輪機的調速系統采集機組頻率提供信號電源 （除此信號電源外，一般機組調速系統還通過發電機出口的電壓互感器取得信號）和給機組轉速繼電器供電。永磁機以往多采用三相凸極式，即以永久磁鋼作磁極旋轉，體積很大。 現廣泛采用的單相感應子式永磁機，體積很小。近來，也有的電廠以安裝在大軸上的齒盤測速裝置來代替永磁機。新建電廠的機組則有取消永磁機的趨勢。 。.感應子式永磁機轉子沒有線圈也沒有極性，為什么永磁機也能發出交流電？它是如何反映機組轉速的？答：凡能變更線圈所耦合的磁通，都能使線圈產生感應電勢， 不一定要有旋轉的線圈或磁極。感應子式永磁發電機就是基于轉子表面齒槽的存在而使定轉子間的氣隙磁導發生周期性地變化而感應出交流電的。 永磁機轉子上沒有繞組，只有帶齒槽的鐵芯，依靠齒槽的存在使定轉子氣隙磁導發生周期性的變化， 而定子繞組感應發電，所以轉子也稱為感應子。單相感應子式發電機的電壓波形與轉子齒槽形狀密切相關，因此只能是近似的正弦波。永磁機的氣隙磁通的利用率很低,

只有其交變分量用來感應電勢，而交變分量一般只占氣隙磁通的35%左右。35%左右。fik 勢。也即轉子的一個齒相當于凸極發電機的一對極，其產生的頻率為：60,式中：Z2為轉子齒數，n為機組轉速。由式中可見，只要Z2選擇得與機組發電機的磁機對數（P）相等，則永磁機的頻率嚴格反應發電機組的轉速變化。這就是為什么從永磁機中提取頻率信號的原因。.什么是發電機的軸電壓和軸電流？軸電壓產生的原因是什么？它對發電機的運行有何危害？答：發電機在轉動過程中，只要有不平衡的磁通交鏈在轉軸上， 那么在發電機的轉軸的兩端就會產生感應電勢。這個感應電勢就稱為軸電壓。當軸電壓達到一定值時，通過軸承及其底座等形成閉合回路產生電流，這個電流稱為軸電流。為了消除軸電壓經過軸承、機座與基礎等處形成的電流回路，防止軸電流燒壞瓦面，所以要將軸承座對地絕緣。為防止轉軸形成懸浮電位，同時轉軸還要通過電刷接地。此電刷接地可與轉子一點接地保護要求的“接地”共用為一個。防止軸電壓的重點在于防止軸電流的形成，軸承間只要不形成軸電流回路，則不需對所有的軸承絕緣。電磁軸電壓主要可分為兩部分，一是軸在旋轉時切割不平衡iff4圖2—3垂直軸向交鏈磁通產生的軸電壓和軸電流示意圖磁通而在轉軸兩端產生的軸電壓，二是由于存在軸向漏磁通而在轉軸兩端產生的軸電壓。造成發電機磁場不平衡的原因主要有：①定、轉子之間的氣隙不均勻。②磁路不平衡。如定子分瓣鐵芯、定子鐵芯線槽引起的磁通變化，極對數和定子鐵芯扇形片接縫數目的關系等。③制造、安裝造成的磁路不均衡。此外分數槽繞組的電樞反應也會在轉軸上產生軸電壓。圖2-3為垂直軸向交鏈磁通產生的軸電壓和軸電流示意圖。當軸承底座絕緣墊因油污、損壞或老化等原因失去絕緣性能時，則軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜而發生放電。放電會使潤滑油的油質逐漸劣化，放電的電弧會使轉軸頸和軸瓦燒出麻點，嚴重者會造成事故。.什么是發電機的“調相運行”？答：發電機的調相運行，是指發電機不發出有功功率，只用來向電網輸送感性無功功率的運行狀態，從而起到調節系統無功、維持系統電壓水平的作用。 調相運行是使發電機工作在電動機狀態（即空轉的同步電動機），發電機進相運行時消耗的有功功率可來自原動機也可來自系統。發電機作調相運行時，既可過勵磁運行也可欠勵磁運行。過勵磁運行時，發電機發出感性無功功率；欠勵磁運行時，發電機發出容性無功功率。一般作調相運行時均是指發電機工作在過勵磁即發出感性無功功率的狀態。水輪發電機遠離負荷中心的，一般不考慮作調相運行。.什么是發電機的“進相運行”？對發電機有何影響？針對進相應對發電機作哪些檢查？答：電力系統正常運行時，其負荷是呈感性的。發電機正常運行時，電壓的相位是超前電流的相位的，此時發電機向系統發出有功功率和感性的無功功率。如果發電機的運行中出現電流的相位超前于電壓的相位情況時， 我們稱此時發電機處于進相運行狀態，此時發電機向系統發出有功功率和吸收感性無功功率 （或稱發出容性的無功功率）。當電力系統的無功功率過剩時，系統的電壓就會升高，降低電壓的措施之一就是讓發電機吸收系統過剩的無功讓其運行在進相狀態。吸收越多，則進相越深。一般情況下，發電機在設計時也考慮了這種對發電機不利的運行情況，允許發電機作短時的進相運行。但不同的發電機在作進相運行時可能表現出較大的差異。發電機進相運行后，發電機端部的漏磁比正常情況下有所增加，因而使端部的金屬件發熱、局部溫度升高，同時端部振動也增加。進相深度越大，端部溫升越高。據試驗實測，進相時定子鐵芯端部最高溫度發生在鐵芯齒頂處，其次是壓指處，這與理論分析是一致的。針對發電機進相特別是深度進相后，檢修時應仔細檢查定子繞組的上下端部，特別是鐵芯齒頂、線棒出槽口處和壓指部分有無異常。發現問題應及時上報處理，不適宜再作進相運行的發電機應申請停止。進相對發電機的不良影響比較復雜，可能需長期的運行才能發現問題。.為什么發電機停機采用電氣制動？如何實現？答：一般水輪發電機在停止轉動的過程中，由于轉速下降，導致發電機推力軸承的油膜破壞會損壞軸承；因此，當轉速下降到一定程度時，要采取機械制動的方式使發電機組盡快停機，如頂起轉子的風閘等。但對轉動慣量很大的發電機組采用這種方式則比較困難，因此引入了電氣制動的方法。電氣制動采用定子繞組三相對稱短路、轉子加勵磁使定子繞組產生額定電流大小的制動電流的方式，從而產生電磁制動力矩，實現電氣制動，迅速停機。具體方法是在發電機的出口側安裝三相短路開關，當發電機組轉速下降到某一定值時，投入制動開關，然后,電氣制動的控制裝置在勵磁繞組投入由低壓廠用電系統整流而來的勵磁電流，使定子產生的電氣制動電流迅速上升至發電機的額定電流， 使發電機工作在制動狀態。制動過程中，定子電流和轉子電流均保持恒定，故制動力矩隨轉子轉速的降低而增大。正常停機制動可采用兩種方式，一種方式是在發電機轉速降至某一值，如50%?60%額定轉速時，投入電氣制動裝置，經幾分鐘后機組全停；另一種方式是在發電機轉速降至某一值如50%?60%額定轉速時投入電氣制動，轉速降至5%?10%的發電機額定轉速時投入機械制動，制動時間可縮短一些。.什么是發電機絕緣的在線監測？在線監測有哪些方法？答：在線監測是區別于我們所熟悉的常規離線絕緣測試方法如介損、 泄漏電流測試等，而在發電機運行工作電壓下對發電機絕緣進行的連續測量。 目前發電機的絕緣在線監測主要是發電機局部放電的在線監測。 局部放電在線監測是在發電機內（或出線回路上）永久性地安裝傳感器，這些傳感器可以連接到某種便攜式的局放測試儀,對局部放電進行定期監測，或連接到某種固定式的局部放電監測系統進行持續監測。目前在線監測主要指后者。局部放電與發電機定子繞組的絕緣狀況密切相關。應用在線監測系統，可以對運行中的發電機持續地進行局部放電監測。連續測取比離線監測能測取到更真實的反映發電機絕緣狀況的數據。發電機絕緣的在線監測方法按所取信號的種類可分為非電測法和電測法。非電測法，是通過聲學、特征氣體等非電參量進行監測的方法。 這些方法的優點是無需測取電量，測量中不受電氣干擾。缺點是判斷依據存在準確性方面的問題，也不能定量。主要有：①超聲波檢測。局部放電同時產生聲脈沖，其頻譜約為Hz,但其聲信號非常微弱。超聲波檢測即將其聲音信號轉換為電信號后放大輸出。②特征氣體檢測。如臭氧濃度檢測法，由于臭氧是發電機電暈的特征氣體，通過對臭氧濃度的測試來判斷發電機電暈的狀況。在國外省的機組中，在發電機風洞里就設置了臭氧（03）檢測裝置，以確定發電機在運行中的局部放電強度。目前，這種方式是作為局部放電電測法的一種補充方法。歐洲的一種觀點認為：與局放電測法相比，03檢測能獨自對發電機端部電暈進行定量評估。結合電測法，是分析發電機局部放電最有效的辦法。這種方法在國內還沒有應用③離子式過熱診斷法。早期在上世紀60年代國外就開始應用，這種方法是將發電機冷卻用的循環氫氣采樣引入到測定器內，利用發電機絕緣因局部放電后產生的熱解離子，通過檢測離子濃度的方法來檢測發電機的絕緣狀態。 這種方式應用很少。④氣相色譜法。這種方法是從發電機中采集氣體，利用氣相色譜分析法來推定采得的氣體中的有機物成分，這種方式也只能由于氫氣冷卻的發電機，根據循環氫氣中的所含混合其他的成分和數量， 來推斷絕緣的狀態。后兩種化學方法不適合水輪發電機使用。電測法即在線監測發電機運行過程中局部放電的電量參數，如絕緣局部放電時產生的脈沖電流（脈沖電流法，即ERA法）或局部放電時產生的電磁輻射波（無線電干擾電壓法，即RIV法）等。脈沖電流法可以根據局部放電的等效電路來校定視在放電電荷，相對檢測靈敏度也較高。目前脈沖電流法是發電機局部放電在線監測應用最主要的方法。.發電機局部放電在線監測電測法有哪些主要方法？答：發電機局部放電在線監測，目前以電測法的脈沖電流法 （ERA）為主流方法。根據檢測裝置響應帶寬，發電機絕緣的局部放電裝置可分為窄帶檢測裝置和寬帶檢測裝置，目前的檢測設備普遍都采用寬帶裝置。發電機在線局部放電監測的首要關鍵技術之一是如何取得故障信號， 也即根據傳感器而對應的檢測技術。根據發電機的局部放電在線檢測傳感器的型式和布置，主要有以下幾種監測方法：（1）發電機中性點耦合射頻監測法。其理論原理是：當發電機內任何部位產生局部放電時，都會產生頻率很寬的電磁波，而發電機內任何地方產生的相應的射頻（RadioFrequency）電流會流過中性點接地線，因而局部放電的傳感器可以選擇在中性點接地線上， 從而提取局部放電的電磁信號。發電機主絕緣上的局部放電可以看作是一個點信號源， 由局部放電所引起的電磁擾動在空間內產生的電磁波， 由于發電機不同槽間電磁耦合比較弱，所以可以用傳輸線理論來分析脈沖在繞組中的傳播，即繞組中的放電脈沖以一定的速度沿繞組傳播。根據這種理論，在發電機中性點處安裝寬頻電流互感器，就可以監測到局部放電高頻放電波形，以監測發電機內部放電量及放電量變化射頻監測法利用寬頻帶的高頻電流傳感器從發電機定子繞組中性線上拾取高頻放電信號，以反映定子線圈內部放電現象。這種監測法的優點是中性線對地電位低，高頻CT傳感器制作與安裝相對容易；缺點是由于信號衰減厲害，對信號處理技術要求較高。另外，不同大小的發電機，具槽間的電磁耦合差異較大，并不都是可以忽略的，故傳輸線理論分析有很大的誤差，尤其對槽數多的大型水輪發電機。便攜式電容耦合監測法。20世紀70年代加拿大研制的一種局部放電在線監測裝置。監測放電信號時，將3個電容(如每個375pF,25kV)搭接在發電機三相出線上，信號通過帶通濾波器(如30kHz至1MHz引入示波器，并顯示出放電信號的時域波形。這種方法在加拿大的一些電廠目前仍在應用。它的缺點是要依靠有經驗的操作人員來區分外部干擾信號和內部放電信號。發電機出口母線上耦合電容器法。傳感器采用固定安裝形式，在發電機出口母線上的每相安裝一個電容耦合器和在發電機中性點安裝一個電容耦合器或高頻電流傳感器。 其原理是安裝于母線出口的電容耦合器用于測取來自發電機定子繞組內部的局部放電脈沖信號， 安裝在中性點上的電容耦合器用于監測現場的空間噪聲， 相應測試儀器為4通道的監測儀器。這種方法對應的測試儀，采用硬件和軟件等方法對現場主要影響局部放電測量的噪訊進行消除。如來自勵磁的電刷產生的噪聲是通過系統分析軟件進行消除；來自空間的噪訊通過天線接收，采用對比的方法進行消除。也有的未采用中性點部位的傳感器，而采用軟件法消除噪聲。其中一個缺點是耦合電容位于發電機高壓側，其本身的可靠性影響到機組的可靠性。這是目前應用比較多的一種方法，水輪發電機和汽輪發電機均能使用，在歐洲應用較多。發電機出口母線上成對耦合電容器法。這種方法的局部放電信號是通過安裝在發電機定子繞組上各相匯流環或發電機出口母線上的高壓耦合電容器獲取的，每相各有一對耦合電容器，每對耦合器的安裝位置有一定的空間距離，以便消除來自電機外部的干擾。由于每相安裝有一定空間距離的雙傳感器，利用放電脈沖信號和外界干擾信號到達兩個傳感器的時延的不同，來消除隨機脈沖型干擾信號，利用繞組內放電信號和外部噪聲信號在繞組中傳播時具有不同特點來抑制噪聲，提取放電信號。同時，利用數字濾波、幅值鑒別、動態閥值等軟件處理方法濾除其他干擾。傳感器耦合到的6路信號進入信號調理單元后，經由多路開關選通其中一相對應的兩路信號進行放大處理，然后進入采集卡，再由采集卡轉化為數字信號實施監控和數據處理。這種監測法適用于水輪發電機，因水輪發電機相對體積大，便于耦合器安裝。「此法是以成對耦合器上的兩并聯支路完全對稱來消除干擾的， 實際上使兩支路參數完全對稱是很難的，因此應盡可能減少這種不對稱或采用延時線進行補償， 以提高抑制干擾的能力。另一缺點同上，即耦合電容的可靠性影響到機組的可靠性。北美的公司較多的采用了這種監測法。發電機定子槽耦合器法。這種方法是直接在定子槽內安裝耦合傳感器SSC(StatorSlotCoupler),這種定子槽耦合器是一種用于檢測局放信號的“天線”，它裝在靠近出口端的定子槽的槽楔下面。每個SSC勺50cm長、1.7mnB,與定子槽等寬。定子槽耦合器在頻率從10?1000MH龍圍內有相當好的頻率響應，因此它能檢測到沿定子槽的高頻信號比較真實的脈沖波形。定子槽耦合器最先是為了能在大型汽輪發電機有效地檢測到局部放電脈沖而提出的，它的重要特點是對局部放電和電噪聲能產生不同的脈沖響應。 理論研究與實際測量表明，定子繞組產生的局部放電脈沖約以1?5ns寬的脈沖能被SSC檢測出來，而所有的各種內部與外部噪聲則以大于 20ns寬的脈沖形式被檢測出來，這是因為噪聲經繞組傳播時，定子繞組起了自然濾波的作用。脈沖寬度的這種明顯差別使得它能很容易把定子局部放電和其他干擾噪聲區別開來。這種方法適用于大型汽輪發電機使用，具優點是局部放電信號和噪聲信號的區別能力強，靈敏度在這幾種方法中也最高；但此法要求在發電機繞組的槽楔下面埋設特制的SCC故在耦合器的制作與埋置方面成本很高，在多支路多槽數的水輪發電機的應用中受到限制。以埋置在定子槽里的電阻式測溫元件導線作傳感器的監測法。這種方法是把埋置在定子槽里的某些電阻式測溫元件 (RTD)導線作為局部放電傳感器，而不需另裝其他傳感器。這種方法理論上與SSCt有相似之處，且利用預先埋置在定子某些槽里的電阻式測溫元件（RTD）導線作為放電傳感器測量局部放電脈沖，對發電機回路不會帶來任何影響，附加成本低。這種局放傳感器頻率特性也較寬 （約3?30MHz）便于將局放脈沖與噪聲脈沖區別開來。這種方法目前還處在探索實驗階段，應該說這是一個很有發展前景的監測方式。我國目前還沒有頒布發電機局放在線檢測的相關標準，IEEE在其2000年頒布的關于電機局部放電監測的試用標準（IEEETrial—UseGuidet0theMeasurementofPartialDischargesinRotatingMachinery） 中主要推薦了采用電容耦合法與定子槽耦合法進行發電機局部放電在線監測。（二）發電機結構部分.什么是發電機定子繞組的主絕緣？答：線棒是組成發電機定子繞組的基本構件， 發電機定子繞組的主絕緣就是指發電機線棒的絕緣。組成發電機線棒的各根股線 （自帶絕緣層的導線）經過編織、換位和膠化成型后，然后整體連續包繞絕緣層，以某種工藝固化成型。這個絕緣層就是發電機定子繞組的主絕緣，見圖2-4。以往發電機定子還有所謂非連續絕緣，即線棒在定子槽部的直線段采用一種固化工藝成型，而線棒端部采用其他的方式包繞絕緣，現已淘汰。固訂"好線棒局部剖析圖.發電機使用什么類型的主絕緣材料？多膠帶與少膠帶有什么區別？主絕緣經歷了哪些發展過程？答：發電機使用的主絕緣材料基本是云母制品，云母制品中主要成分是云母。發電機主絕緣由云母、膠黏劑和補強材料這三部分構成。以前主絕緣采用天然的剝片云母，為了提高原材料的性能和利用率，現廣泛采用粉云母。粉云母厚度均勻，電氣性能穩定，生產成本較片云母低。主絕緣的電氣性能和機械性能在某種程度上取決于主絕緣的固化工藝和參數，而其固化的工藝參數又是由絕緣帶內所含的黏接膠劑決定的。 根據絕緣帶內的黏接膠的含量，目前主絕緣用的云母帶可分為多膠粉云母帶（含膠量為32%?40%）和少膠粉云母帶（6%?8%）。兩者的絕緣固化成型工藝有很大的區別，其固化工藝根據膠的含量有液壓和模壓的方式。大型發電機的絕緣，歐洲在1910年，就采用了蟲膠云母箔卷烘絕緣；1930I" "開始使用以瀝青及其復合物取代蟲膠作為云母的膠黏劑； 1954年開始使用以環氧樹脂為膠黏劑的多膠云母帶。我國于1966年第一臺采用環氧粉云母絕緣的發電機是鹽鍋峽1號機（當時僅采用了1/4瓣定子線棒），直到80年代才開發和應用了電氣強度和機械強度都較高的高云母含量的F級環氧粉云母帶。蟲膠云母箔卷烘絕緣采用天然蟲膠作云母的黏接劑， 熱壓成型，未經真空處理，蟲膠溶劑揮發后，則絕緣內會殘留空隙。瀝青浸漬云母絕緣以剝片云母為基，以瀝青作云母的黏接劑。瀝青膠密實性較好， 但使用年限長后易干枯龜裂，內部游離腐蝕嚴重。從過去解剖退下來的舊線棒可見，絕緣層脫殼且間隙較大， 有的大的間隙甚至可以塞進鋼板尺。這兩種絕緣基本上已不再用于發電機絕緣。在高壓電機絕緣的發展過程中，曾采用過其他的材料來代替云母材料，但未能取得成功。目前大型發電機主絕緣材料普遍使用環氧玻璃粉云母帶， 以粉云母為基料，補強材料為玻璃布或滌綸纖維氈，黏合劑為環氧樹脂黏接劑體系，耐熱等級多為B、F級。現在主絕緣的特點是以熱固性黏合劑取代以往使用的瀝青漆和蟲膠，以玻璃布代替以往的云母帶紙或電話紙作襯墊補強材料， 以粉云母代替片云母。與以往的紙帶作襯墊補強材料相比，玻璃纖維的耐熱性更好，以玻璃纖維織物作補強材料，使絕緣的耐熱性和機械性能都得到了改善。 用于云母制品的膠黏劑的發展主要經歷了有蟲膠漆、瀝青漆、醇酸漆、環氧桐油酸酊膠、環氧聚酯漆及有機硅漆等。絕緣結構上的改進，使新型絕緣比以往的絕緣具有更優異的性能。雖然云母絕緣制品中的主要成分是云母， 但在整個絕緣構成中，膠黏劑是影響絕緣帶電氣、機械性能和質量的主要因素， 還決定云母絕緣的耐熱等級，此外，還取決于主絕緣的固化成型工藝。定子繞組主絕緣的固化成型是一種高分子物質在高溫高壓狀態下聚合反應的復雜過程，具加工質量與溫度、時間、壓力的準確控制及其有機結合密切相關，固化工藝也是各廠家的質量保證所在。目前主絕緣所采用的少膠和多膠絕緣帶仍是兩條平行的絕緣工藝路線。.什么是線棒絕緣的少膠VPI工藝？其應用情況如何？答：VPI即“真空壓力浸漬(vacuum-pressureimpregnation)”之意，是針對少膠云母帶作主絕緣的一種使線棒絕緣固化成型的工藝， 這種絕緣固化工藝從上世紀40年代起即開始使用。少膠VPI工藝線棒絕緣成型是在線棒上連續包繞少膠云母帶完成后，在專用容器內通過抽真空將線棒絕緣層間的空氣排除， 用高壓將無溶劑浸漬樹脂注入絕緣層中，再置于模具中經過高溫固化使絕緣成為一個整體。少膠VPI絕緣成型工藝的特點是生產效率高，絕緣的整體性能好，絕緣層問可以基本做到無氣隙，因而絕緣內部的氣體游離放電、電暈和發熱較小，絕緣壽命好；但其生產設備價格昂貴、工藝復雜。國外采用該絕緣工藝的廠家較多，到目前為止，已應用在額定電壓為 27kV的汽輪發電機組和額定電壓為20kV的水輪發電機組上。國內有的廠家也開始使用VPI工藝。.線棒主絕緣的多膠固化工藝有哪些？其應用情況如何？答：多膠固化工藝是針對采用多膠云母帶作主絕緣的一種使線棒絕緣成型的固化工藝。多膠連續絕緣的固化又分為多膠真空模壓和多膠液壓工藝， 這種工藝對生產工藝和設備要求較低，在上世紀50年代已開始應用。線棒多膠帶真空模壓成型工藝，是在線棒上連續包繞多膠云母帶完成后，采用真空干燥除去絕緣層和云母帶中的空氣、揮發成分，再置于模具中加熱、加壓，使云母帶中多余的樹脂流動，填充絕緣層中的空隙，樹脂固化后， 絕緣層中基本無空隙。這種方法可將半導體防暈層一次模壓完成，即將防暈層與主絕緣同時包扎后一起固化，使得防暈層與主絕緣黏接為無氣隙的整體，有效提高防暈效果。多膠模壓方法雖然應用壓模較多，生產效率較低，但線棒形狀是最好的。 更低一些電壓等級的電機線圈，直接加熱模壓，不用抽真空處理。線棒多膠液壓成型工藝，是在線棒上連續包繞多膠云母帶后，將線棒送人專用液壓罐，經過真空干燥處理后，以瀝青為介質加溫加壓使絕緣固化成為一個整體。但這種工藝的線棒幾何尺寸不如模壓線棒精確。國外使用多膠液壓成型工藝的廠家也有不少，目前已應用于額定電壓為24kV的發電機上國內生產廠家目前在大型發電機組上基本采用多膠連續絕緣和多膠熱模壓絕緣成型工藝。采用多膠絕緣熱模壓工藝生產并已投運的汽輪發電機最高額定電壓達到22kV,水輪發電機最高額定電壓達到20kV。.什么皂黑絕緣？什么是黃絕緣？答：黑絕緣是以前發電機定子繞組主絕緣采用瀝青云母絕緣的俗稱，而黃絕緣是主絕緣采用環氧玻璃粉云母絕緣的俗稱。目前，黑絕緣已經淘汰，黃絕緣廣泛用于B級和F級發電機絕緣。.條形定子線棒由哪些部分組成？答：定子波繞組條形線棒由多股銅導線和主絕緣構成， 線棒的兩端設有連接接頭。水內冷機組的線棒內部還有空心導線或空心不銹鋼冷卻水管。其中，編織導線本身也是自帶絕緣的導線，導線絕緣材料包括股間絕緣材料、排間絕緣材料、換位絕緣材料、換位填充材料等，此外在主絕緣包繞前，還有導線外表均勻電場分布的內均壓層材料等。定子線棒局部剖析圖見圖 2-4。.什么是線棒的內均壓層？其作用是什么？答：線棒的內均壓層是在線棒各股線編制組合并膠合成為一體后， 在主絕緣包繞前，進行的半導體均壓處理層。線棒內均壓層的作用與高壓電力電纜的內屏蔽層的作用類似。電纜內屏蔽的作用是使導體與絕緣層良好接觸，消除導體表面因不光滑引起的局部電場畸變。內均壓層的作用主要有兩個：一是均勻導體外部電場，并消除主絕緣與導體間的氣隙；二是相當于加大了導線的圓角半徑，可以改善角部電場分布，起到降低最大電場強度的目的。內均壓層結構上有涂刷半導體漆（膠）或包繞半導體帶的方式。因此，這種線棒如果在現場作局部修理時，應注意保持其結構上的完整性。.什么是渦流？什么是集膚效應？發電機線棒如何克服渦流和集膚效應？答：當交流電流通過導線時，在導線周圍產生交變的磁場。處在交變磁場中的整塊導體的內部會產生感應電流，由于這種感應電流在整塊導體內部自成閉合回路，形似水的旋渦，所以稱做渦流。因為金屬導體電阻很小，因此這種感生電流很大，造成發熱損耗在直流電路內，均勻導線的橫截面上的電流密度是均勻的，而當交流電通過導線時，由于交變磁場的作用，在導線截面上各處電流分布不均勻，中心處電流密度小，而越靠近表面電流密度越大，這種電流分布不均勻的現象稱為集膚效應（也稱趨月^效應）。集膚效應的原因也是因為渦流的存在。交流電的頻率越高，則集膚效應越嚴重。此外集膚效應也使得線棒內部的導線載流能力下降。發電機的線棒截面都比較大，渦流和集膚效應都會使線棒造成嚴重的發熱，所以克服發電機線棒發熱的辦法是將線棒內的導體設計成由若干股相互絕緣的細小導線并聯組成。如某發電機具設計的支路電流為 2000A其每根線棒由44股2.5X8mna格的雙玻璃絲包線并聯并經換位編織而成。.什么是循環電流？發電機線棒如何克服循環電流引起的損耗？答：定子繞組的線棒是由多股相互絕緣的導線組成的，線棒放置在線槽中，由于每根導線所處的位置不一樣，則其所交鏈的磁通也不一樣，故感應的電勢也不一樣。由于組成線棒的各根股線在線棒兩端是并聯在一起的， 因而會在單根線棒內產生環流，引起附加的發熱和損耗，這個環流稱為循環電流。由循環電流引起的附加損耗比集膚效應產生的附加損耗大得多。 因此，發電機線棒通過內部導線換位來減少這種由循環電流引起的損耗。.什么是換位？什么是“羅貝爾線棒”？答：所謂“換位”，即線棒內部的多根股導線在線棒直線段進行交叉換位， 通過導線空間位置的改變，使各股線交鏈的磁通盡可能均衡，產生基本相等的感應電勢，以消除線棒內的內部環流，降低線棒損耗。可見，組成線棒的每根股導線并不是與線棒長度等長的直線，而是略長，因要在線棒直線段進行編織換位。這種進行了編織換位的線棒稱為羅貝爾線棒，也即編織線棒 （典型的羅貝爾線棒編織接線見圖2-5）。目前，大容量的發電機均采用這種線棒。羅貝爾換位的標準定義是：組成線棒的股線排成兩列，各股線在鐵芯全長范圍內依次以相同的間隔兩次由一列跨越到另一列，并按一定的規律加以編織使每一線股占據兩列中的所有垂直位置。圖2.5典型的羅貝爾線棒編織援線在水內冷的發電機線棒中，線棒內帶有冷卻水管，基于同樣的道理，無論這些水管是否參與導電，也需要與實心導線一樣進行編織換位。.線棒有哪些換位方式？各有什么特點？答：一般比較傳統而常用的是360°換位，即線棒內的每根導線通過槽部直線段進行編織旋繞換位后，在線棒直線段的另一端回到換位前相同的位置。 3600換位方式在線棒端部沒有換位。由于定子繞組端部漏磁通的關系，端部各股線處于電機端部磁場的不同空問位置，也將感應不同的電勢，造成各股線感應電勢不平衡。各股線內仍有環流流過，引起端部附加損耗增加。因此，為解決這個問題，又有了其他的不同角度的換位，根據導線編織換位后的空間角度，還有 540。、312°、3600加直線段空換位等換位方式。如根據一些電廠的試驗表明， 312°、329。等不完全換位就優于360詼位。這種不完全換位利用各股線在槽部感應電勢的差異來抵消端部漏磁場在線棒端部所感應的不同電勢， 從而使線棒各股線問的環流降低，以減小線棒端部損耗；但線棒的繞制工藝相對比較復雜。 540。換位就是在線棒除在直線段360°換位后還在線棒端部繼續換位或槽部5400換位而兩端部不換位。線棒內股導線各種換位方式示意圖見圖2-6。圖2-6線棒內股導線各種換位方式，下意圖水輪發電機一般多采用360°（或小于3600）的換位，汽輪發電機多采用540°換位。.絕緣材料的耐熱等級如何分類？發電機使用什么等級的絕緣？答：影響絕緣材料使用壽命的因素有很多，其中使用溫度的影響最大。因此，各種絕緣材料都有一定的極限使用溫度，即在此溫度下長期使用時，絕緣材料的物理、機械、化學和電氣性能不發生顯著惡性變化，如超過此溫度，則絕緣材料的性能發生質變，或引起快速老化。因此，絕緣材料最高允許工作溫度是根據它的經濟使用壽命確定的。目前絕緣材料的使用溫度共分9級（以前分為7級），我國和國外的絕緣材料耐熱等級分類都是一致的。表2-1 絕緣材料的使用溫度分級耐熱等級YAEBFH200220250使用帙限材度T；4)1(1512014口倒1KU■^JO230250現發電機絕緣多使用B級、F級絕緣，電動機多使用E級、B級絕緣。.什么是發電機的溫升和溫升限度？實際運行中如何確定溫升？答：電氣設備的標準中，對絕緣材料的耐熱通常規定的是溫升而不是溫度。溫升是指某一點的溫度與參考（或基準）溫度之差，顯然，溫升反應了設備自身的發熱特點。在電機中一般都采用溫升作為衡量電機發熱的標志， 因為電機的功率是與一定溫升相對應的。因此，只有確定了溫升限度才能使電機的額定功率獲得確切的意義。發電機的溫升即是指發電機某部件與周圍冷卻介質溫度之差， 稱該部件的溫開。發電機的溫升限度是指發電機在額定負載下長期運行達到熱穩定狀態時，發電機各部件溫升的允許極限。電機溫升限度，在國家標準《旋轉電機定額和性能》（GB755-2000）中有明確的規定。如B級絕緣空氣冷卻的發電機繞組，其極限溫度為130C,考慮其風冷器的出口風溫為40C,則發電機繞組的最大允許溫升是為85K。但在實際運行中，檢溫計所測出的最高溫卻并不一定就是整個發電機繞組絕緣的最高溫度， 一方面檢溫計可能存在誤差，另一方面考慮到發電機各部位的發熱不均勻和一定的可靠性，電廠實際運行中所控制的溫升還要低一些，如 70K。.發電機有哪些防暈材料？答：（1）防電暈漆。防電暈漆是防電暈的主要材料，按其電阻值高低可分為低阻、中阻、高阻漆。按漆基不同可分為醇酸防暈漆、環氧防暈漆，前者目前已淘汰。防暈漆由漆基、導電材料、填料、溶劑混合經球磨后過濾而成。在使用前加入干燥劑，以適量溶劑調整黏度，再攪拌均勻。一般要求防暈漆的黏結性好、漆的固體含量不于50%、表面電阻率符合要求，低阻漆表面電阻率應為 1X103?lX105Q;高阻漆表面電阻率應為1X109?1X1012Q,非線性高阻漆還要要求阻值能隨場強變化。(2)防暈帶。分為低阻帶和高阻帶，低叭帶主要有含鐵石棉帶和浸半導體低阻漆的無堿璃纖維帶。鐵質石棉帶由石棉纖維紗編織而成；低阻帶用于線棒線槽部分。高阻帶采用浸半導體高阻漆的無堿玻璃纖維帶制成，用于線棒端部部分。低阻材料。主要有乙快黑，它是氣態、液態或固態有機物不完全燃燒時析出的碳，用作防電暈漆的導電基。此外還有石墨，它是碳的一種結晶體。高阻材料。主要是碳化硅，用于配制高阻非線性漆。碳化硅具有非線形電阻特性，其電阻率隨外施場強下降，也即具有調節場強的能力，使槽口外端部線棒表面電位均勻分布。對于端部采用的碳化硅涂層，中電阻采用 320?400目I?碳化硅配制，高電阻采用1600?1800目碳化硅配制。半導體槽襯材料。半導體布、紙如半導體聚脂無紡布等；半導體硅橡膠、橡皮；半導體玻璃布板；現場配制的半導體適形氈、半導體膠等。各廠家的材料區別較大。46.定子線棒的防暈結構是怎樣的？答：根據發電機繞組電暈的特點，發電機線棒的防暈結構采用的都是直線段防暈和端部防暈相結合的方式，具體的結構和尺寸因廠家而異，各廠家都采用了不同的材料和防暈方式。還有重要的一點是，線棒的防暈結構是和線棒在槽內的固定方式密切相關的。線棒防暈結構示意圖見圖 2-7(圖中高阻防暈保護區的厚度為夸大畫出)；線棒外表防暈層見圖2-8。(1)線棒直線段部分(即線棒與鐵芯線槽相接觸的部分)防暈暈。這個直線段的長度比鐵2—7線棒防暈結構示意圖圖2—8線棒外表防暈層芯線槽長度略長，需進行低阻防暈處理，主要是采用低阻防暈帶和低阻防暈漆(半導體槽襯結構是配合線棒進行處理的)進行防護。(2)線棒端部防暈。線棒上下端部防暈是指線棒出線槽后(低阻區結束)的一段經R彎部到線棒端部斜邊這一部分進行防暈處理， 端部為高阻防暈段，高阻區與低阻區還有一小段高低搭接區。端部防暈也是采用防暈帶和防暈漆。不同的廠家具線棒防暈結構在直線低阻區差別不大，但在端部材料的使用上有較大的區別。有的利用碳化硅的非線形特點采用單級防暈或多級防暈結構， 也有的使用多種端部防暈漆多級結構。目前也有廠家對自高低阻搭接區直至線棒電接頭部分的全部端部進行高阻防暈處理。47.定子線棒的防暈處理有哪些方式？答：常用的方式有刷包型、涂敷型和隨線棒主絕緣一次成型等。(1)刷包型防電暈處理。線棒主絕緣壓型固化完成后，線棒經修飾尺寸，線棒表面刷防暈漆，干后平包低阻石棉帶或半迭包低阻無堿玻璃纖維帶，再刷防暈漆。一次成型防電暈處理。在包完主絕緣后，在槽部和端部主絕緣外面分別包低電阻防暈帶和高電阻防暈帶，同時在高電阻防暈帶外面加包一定層數的附加絕緣(附加絕緣材料與主絕緣材料相同，層數與定子電壓等級有關，但也有的廠家工藝不采用附加絕緣)。然后防暈層、主絕緣一起放人模具中一次熱壓成型。涂敷型防電暈處理。線棒在主絕緣固化成型后，在線棒表面涂敷高低電阻防暈漆。國外一些廠家采用涂敷型防電暈處理，結合半導體槽襯結構使用。.什么是定子端部整體防暈？答：定子端部線棒的防暈為高阻區域，但是，一般高阻防暈層只從線棒直線段低阻防暈層搭接開始到線棒端部斜邊的某一尺寸止， 即屬于區域防暈。所謂定子端部整體防暈結構，是將高阻防暈區域擴大到定子整個端部，即端部的線棒部分、口部墊塊、斜邊墊塊（及其適形氈）、端箍等均噴涂高阻半導體漆（或其浸漬帶、氈），有的連定子匯流環也采用了同樣的工藝。這種結構能更有效地防止端部電暈和端部異相間的電暈，是目前為止對端部防暈考慮得比較周詳的一種方式。.水內冷定子線棒內的導線有哪些構成方式？各有什么特點？「I答：（1）全部由空心導線組成。冷卻效果很好，但定子槽的利用率低，銅損較大，造價也高，目前已很少有廠家采用這種方式。實心銅導線和空心銅導線的組合。空心銅導線也參與導電。銅損較低，冷卻效果較好。但是冷卻水會對銅產生腐蝕，這與銅線材質、水溫、水的導電率、水速、水的含氧濃度等因素有關。這是目前水內冷應用比較多的方式。實心銅導線和空心不銹鋼冷卻管的組合。空心不銹鋼不參與導電，只提供冷卻，優點是線棒的附加損耗低，不銹鋼導熱性能優異，長期運行中，基本無導電離子在水中溶解。相應地定子槽利用率降低，但線棒本身的剛度得以提高。這也是目前應用較多的一種方式。總之，導水的空心導線和實心導線的數量應選擇一個最優搭配，空心導線過多，則損耗大，實心導線過多則各股線間的溫差大。水內冷線棒的結構與水接頭見圖2—9。圖2—9水內冷線棒的結構與水接頭50.定子繞組水內冷如何組成水冷卻回路？答：定子繞組一般采用同支路的4?8根線棒串聯成一條水路。用聯線棒太多，則冷卻水的溫升和水壓降都會增大；太少則匯水母管和線棒間進出水接頭太多。對于冷卻水的流速也有要求，流速太慢，則影響散熱，流速太快，則容易引起空心線的磨損，特別是銅線。以冷卻水的流速一般取 100?200eITl/so定子線棒進水壓力和流量以及并聯水路數的設計和選擇， 主要是使各并聯水路流量均等，各線棒的溫度基本相等。在運行中，定子內的匯水總管位于地電位，而各定子線棒處于其運行電位。由線棒水接頭（也是運行電位）接至匯流管（地電位）的引水管為絕緣水管，多采用耐熱和耐電性能都很好的聚四氟乙烯塑料。絕緣引線的長度一般都大于 500ram。水內冷機組端部見圖2.10。端部見圖2.100圖2-10水內冷機組端部.水內冷定子線棒有哪些檢漏環節？答：水內冷線棒制造工藝復雜，制造廠在線棒成形前，要對空心股線逐根進行水壓、滲漏和流量測量，還要進行超聲波和高頻渦流探傷檢查，保證導線表面和內部無缺陷和微小裂紋。線棒經過編織、壓型、絕緣包繞、固化成型、水接頭焊接等工序，每一個環節都有可能對線棒內的空心導線造成損傷， 且水接頭的連接工藝復雜，水接頭部分的焊接制造和檢漏都是在制造廠內完成。 因此單根線棒制造完成后，還要對單根線棒進行水力試驗，主要項目有：通流試驗、流量和壓差試驗、冷熱循環沖擊試驗、水壓試驗及針對水接頭焊接的氣體檢漏試驗等。氣體檢漏試驗以往采用氟利昂為介質，基于環保的原因，現已不用。現廠家采用氯氣檢漏，主要是利用氮氣分子小、穿透力強的特點來檢驗線棒的密封性能。氣體檢漏是在經過冷熱循環沖擊試驗及水壓試驗的考驗之后進行，故便于發現線棒水接頭的焊接質量方面的缺陷。一般定子線棒在現場完成下線和管路連接后，對線棒要進行氣密試驗 （現場可采用干燥氮氣或干燥壓縮空氣），合格后再進行約30min、1.5MP時右的水壓力的滲漏試驗，并且在0.1MPa6勺壓力下測得的各支路上的流量值的偏差值不大于土10%。在發電機運行維護的過程中，也要定期進行檢漏試驗。.線棒接頭有哪些連接方式？答：條式線棒是以單根形式下人定子鐵芯線槽的，因此，線棒問必須有很好的電氣連接才能連接成電氣回路。目前大型水輪發電機組線棒接頭根據接頭采用釬焊焊料的不同，主要有兩種連接方式：錫焊和銀銅焊。錫焊的方式是首先在兩根線棒的接頭上套上銅質并頭套，然后楔緊。整形完成后整體加熱灌滿焊錫，形成較好的電氣連接。由于焊錫的液相線較低，一般在183?264%左右，故使用溫升有一定的限制，接頭通過的電流不能太大。銀銅焊目前主要有對接和搭接兩種方式，首先在每根線棒上焊有銅質連接接頭，上下層需連接的線棒接頭在下線完成后就已靠攏在一起 （以往線棒沒有設計連接接頭，而是采用連接板的方式；更早的還有線棒的股線與股線直接對接的方式，均已淘汰）。在這兩個接觸面上夾上銀焊片，然后加熱使銀焊片熔化，達到使兩接頭良好接觸的目的。由于銀基釬焊焊料的熔點溫度一般高于 600%,故接頭允許溫升較高，通流能力很強，廣泛用于大容量機組的定子接頭連接中。圖2.11為線棒銅焊接頭示意圖。銅焊電接頭2-11線棒銅焊接頭示意圖水內冷發電機線棒由于有水路和電路，因此線棒的水接頭和電接頭需要分開連接，電接頭的連接方式與一般線棒銅接頭類似。水接頭是將線棒內的導水管抽出，在制造工廠內已制成單獨的水接頭，現場只需引出即可，因此在發電機安裝和檢修維護中，其連接都比電接頭要簡單，但它的技術難度和工藝要求都遠在電接頭之上，見圖2.9。.什么是釬焊？什么是硬釬焊？什么是軟釬焊？答：連接接頭與熔點比它低的焊料共同加熱至某一溫度， 在連接接頭材料本身沒有熔化的條件下，焊料熔化并潤濕連接面，通過二者的擴散形成良好的接觸，冷卻后即成為牢固的整體。這種借助熔化的填充金屬（焊料）來連接金屬零件的焊接方式稱為“釬焊”。焊料熔點溫度高于450c的釬焊稱為硬釬焊，發電機常用的焊料有銀基釬焊料和銅基釬焊料；低于450c則稱為軟釬焊，發電機常用的有錫基焊料和鉛基焊料。.什么是大過橋？什么是小過橋？答：定子繞組要將同相帶的線棒連接成完整的一相繞組，需要將對應于不同磁極（N極和S極）下的線棒連接起來，這個連接線就稱為極間連接線，俗稱“大過橋”。從定子繞組方塊圖中可以很清楚地看到這個大過橋，如對 A相某支路，就是連接A相帶區域和x相帶區域的連接線。定子繞組采用波繞組的連接方式，如果其合成節矩大小采用的正好是一對極距的距離，則繞組繞行一周后將回到出發的那個槽而形成閉合。 為了將本相本支路的所有的線棒全部連接成繞組，需要人為地將連接線前進或后退一個槽才能使繞組繼續繞行下去。對雙層繞組來說表現為兩個相鄰的上下層線棒之間的連接，這個連接線俗稱“小過橋”。小過橋的外形僅比普通絕緣盒大一些且為斜式，故現場又稱為斜并頭套，外部絕緣盒稱為斜絕緣盒。.定子繞組接頭的絕緣處理有哪些方式？答：定子繞組接頭的絕緣主要考慮相鄰接頭的絕緣距離和接頭對地的絕緣距離。定子線棒接頭絕緣以往曾采用手工包扎的工藝方式，現已淘汰， 目前均采用接頭絕緣盒的方式。絕緣盒有盒內注膠和不注膠兩種方式。對風冷發電機的定子接頭，一般采用接頭絕緣盒注膠工藝。這種結構絕緣方面的性能很好，但不利于接頭散熱。絕緣盒采用酚醛玻璃纖維或聚酯玻璃纖維絕緣盒， 按不同的接頭外型壓制而成。根據不同的電壓等級和電流大小，絕緣盒要考慮與線棒接頭絕緣部分的搭接長度和距離接頭并頭套的距離，這在檢修和安裝中都是要嚴格掌握的。上下接頭絕緣盒的結構基本一樣，只是從現場的角度看，上部的絕緣盒為無底， 也稱通底絕緣盒。對于有引線的線棒接頭、大過橋等還是采用手工包繞的方式。水內冷的線棒接頭由于有水接頭，因此沒有采用注膠成為實體的方式 （以往也采用過注膠式的方式），而是將絕緣盒加長，然后固定在接頭上以滿足相鄰接頭的絕緣要求，對地的絕緣主要靠線棒端部本身的絕緣距離。因此這種結構的發電機定子，其端部的潔凈度要比接頭注膠式的結構要求高，當然， 它的散熱能力及運行維護中的可檢查性都比注膠結構要好。所以，水內冷發電機在轉子下部都設置有一個粉塵收集系統， 以便收集和除去在制動時制動瓦上產生制動粉塵，以消除粉塵對定子和轉子的污染。.定子線棒和鐵芯線槽間允許有多大的間隙？應采用哪些措施消除間隙？答：根據電機槽部防電暈的要求，理論上，發電機定子線棒與鐵芯線槽壁間的間隙越小越好。以往老式的黑絕緣由于有受熱膨脹的熱塑性特點， 因而在運行中，微小的間隙可以得到自動的補償；但黃絕緣屬熱固性材料，熱膨脹性很小，因此，間隙在運行中依然存在。環氧粉云母絕緣的介電常數比瀝青云母絕緣的介電常數要大，因此在線棒與鐵芯線槽壁同樣的間隙情況下，環氧粉云母絕緣比瀝青云母更容易放電。據研究，線棒與鐵芯線槽壁間的間隙在 0.2?0.3mm寸，是環氧粉云母絕緣最易產生局部放電的危險間隙， 因此，二者的間隙必須小于此值才好。但線棒的制造工藝和定子鐵芯片的加工和安裝很難滿足防電暈的無間隙要求。為解決這個問題，從制造方面采取的措施有：①提高硅鋼片疊片質量；②縮小線棒公差；③加強槽內固定，使防暈層與鐵芯間有良好的穩定接觸點。在安裝方面，傳統的防電暈方法是在嵌入線棒后，在線棒與槽壁之間加插半導體墊片，使其間隙小于0.3nun。近年來，制造廠從結構和工藝方面進行了改進，以保證線棒與槽壁間隙最小。而國外的發電機則采用了很多補償的辦法以消除間隙， 如半導體槽襯等。.發電機定子線棒在定子線槽中的固定有哪些要求？有哪些固定方式？答：在發電機運行及起、停過程中，線棒因承受電磁力、熱效應和機械應力的綜合作用，還有在嚴重的短路情況下發生的振動和沖擊，可能出現變形和位移。因此要求繞組固定可靠和長期運行中不產生線棒下沉、 磨損及電暈、電腐蝕等問題。線棒直線段嵌入鐵芯槽中，必須使線棒表面與鐵芯槽壁之間有良好的機械接觸，同時為了防止電暈，又必須使線棒外表面和鐵芯槽壁之間有良好的電氣接觸。線棒在槽內的固定方式有：傳統工藝方式。傳統的方法是在線棒的外表面纏繞低阻鐵質石棉帶或低阻帶直接與線棒主絕緣一起成型，而線棒與槽壁之間的空隙，在安裝線棒時， 用半導體板將其塞滿，總體而言，是屬于剛體間的連接；但如果塞之不緊，就有可能使線棒與鐵芯槽壁的兩個側面接觸不良，從而可能導致不良后果。半導體適形氈工藝。是在線槽的槽底、上下層線棒間和楔下采用半導體適形氈材料，也可有效地解決大型立式機組發電機線棒的機械固定和防電暈問題，但其安裝工藝比較復雜，半導體浸膠氈固化前的壓縮量較大，其“火候”較難掌握，且長期運行后發電機線棒的可修性較低。半導體槽襯固定方式。在線棒下人鐵芯線槽前，在線棒的外面，采用半導體材料包縛如半導體紙、半導體膠等，然后將其下人線槽，固定在槽內。線棒本身表面的防暈層并未直接與鐵芯壁相接觸，而是通過這層半導體槽襯與鐵芯壁接觸。這些方式下線前按線棒外形尺寸與槽寬的偏差可在下線前進一步確定槽襯的補償量，將線棒直線段加包的半導體墊層厚度調整到合適的程度。 采用半導體槽襯的線棒固定方式都能有效地保證線棒在線槽內的防暈要求， 線棒和鐵芯槽壁都有很好的電氣接觸，基本可以消除二者之間的氣隙。由于膠固化前本身的可塑

同時也可以有效地抵消由于性，可以補償鐵芯線槽壁表面存在的微小機械公差；同時也可以有效地抵消由于鐵芯槽段不平在線棒外絕緣表面產生的局部機械應力止匕外，還有在槽內線棒一側置放半導體板，在槽部另一側采用半導體斜楔（或半導體波紋板）來固定線棒的方式，多用于汽輪發電機。58.線棒半導體槽襯固定工藝有哪些方式？各有什么工藝特點和要求？答：（1）半導體硅橡膠的彈性固定工藝。發電機線棒在下線前，首先將一定寬度的半導體紙對折，然后在對折張開成“V’形的半導體紙內，利用專用設備均勻涂上室溫固化的具有彈性的膠狀硅脂復合膠，以夾膠后的半導體紙作纏繞帶，均勻地平纏在線棒直線段上 （即所有與鐵芯壁接觸的部分）0在膠未固化的情況下，將線棒快速下人鐵芯線槽。該膠的最大特點是具有自行膨脹性能，固化后也有一定彈性，因此線棒與鐵芯的尺寸配合可以稍大，包繞后的線棒可以很容易下入鐵芯槽，一定時間后，膠膨脹固化，使線棒與鐵芯有很好的機械接觸，這種彈性材料可以補償因溫度變化引起的熱膨脹和運行中可能出現的位移，有利于發電機的安全運行，這種結構工藝可稱為線棒彈性固定工藝。膠被半導體紙所覆蓋，故線棒屏蔽表面與鐵芯槽壁是通過半導體紙連接，較好地保證了電氣接觸，以有效地防止槽部電暈。采用這種工藝的線棒在安裝時可輕易地在鐵芯槽中作少許的垂直移動， 以定位及對正上、下層線棒的電接頭，因此線棒的安裝也較為方便。半導體紙與半導體膠配合的槽襯工藝。這種工藝采用的是在定子線棒直線段包敷半導體紙裹半導體膠的方法。即在專用工具上，鋪好與線棒直線段長度相當的一定寬度的半導體紙，然后在紙上相對線棒寬面的對應部分均勻涂敷一定厚度的半導體膠，在涂好膠的包敷紙上成"U'形夾好線棒，在膠未固化時下入鐵芯線槽。半導體膠在室溫固化的過程中，沒有自行膨脹的能力。這種工藝的優點是：線棒本身的防暈層與涂裹的半導體膠有很好的接觸，可以有效地避免可能發生的槽內電暈。線棒表層通過膠、 紙與鐵芯壁接觸，待膠固化后，使線棒表面與鐵芯壁有很好的機械和電氣接觸。 這種工藝操作上相對比較復雜，在下入線槽后線棒不能上下移動，否則會拉壞半導體包敷紙，造成返工。因此，在下入線棒前需要仔細確定線棒垂直高度，尤其是下入上層線棒時更應仔細對正電接頭，否則就需要返工，造成材料和工