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故障檢修與技術維護 |
導致發電機溫度升高或過熱的來由 |
摘要：發電機在使用的過程中，經常會發生發電機繞組和鐵芯過熱現象，不僅會影響發電機的工作效率，而且還會大大降低發電機的使用壽命，導致發電機各軸承溫度比正常值明顯升高或超限。因此，弄清發電機溫度異常的原因及處理方法就顯得尤為重要了。解決發電機高溫故障應需要從實際出發，先找到原因再根據具體的原因來進行處理，以免鐵芯被燒壞。
一、發電機高溫常見故障原因
1、沒有按技術條件運行
如定子電壓過高，鐵損增大；負荷電流過大，定子繞組銅損增大；頻率過低，使冷卻風扇轉速變慢，影響發電機散熱；功率因數太低，使轉子勵磁電流增大，造成轉子發熱。應檢查監視儀表的指示是否正常。如不正常，要進行必要的調節和處理，使發電機按照規定的技術條件運行。
2、三相負荷電流不平衡
過載的一相繞組會過熱；若三相電流之差超過額定電流的10%，即屬于嚴重蛄相電流不平衡，三相電流不平衡會產生負序磁場，從而增加損耗，引起磁極繞組及套箍等部件發熱。應調整三相負荷，使各相電流盡量保持平衡。
3、風道堵塞
風道被積塵堵塞、通風不良，造成發電機散熱困難。應排除阻礙物，拆開電機，徹底吹清各風道，清除風道積塵、油垢、使風道暢通無阻。
4、冷卻器堵塞
進風溫度過高或進水溫度過高，冷卻器有堵塞現象。應降低進風或進水溫度清除冷卻器內的堵塞物。在故障未排除前，應限制發電機負荷，以降低發電機溫度。
5、潤滑脂加注量錯誤
軸承加潤滑脂過多或過少，應按規定加潤滑脂，通常為軸承室的1/2~1/3(轉速低的取上限，轉速高的取下限)，并以不超過軸承室的70%為宜。
6、軸承磨損
若磨損不嚴重，使軸承局部過熱；若磨損嚴重，有可能使定子和轉子摩擦，造成定子和轉子避部過熱。應檢查軸承有無噪音，若發現定子和轉子摩擦，應立即停機進行檢修或更換軸承。
8、導線斷裂
定子繞組的并聯導線斷裂，使其他導線的電流增大而發熱。應立即停機進行檢修。
9、功率因素低
負載功率因數太低，調整負載，使勵磁電流不超過額定值。
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發電機冷卻系統結構分布 |
二、發電機軸承運轉造成溫度升高
當軸承旋轉速度過快，內外圈之間會因為相互運動產生摩擦而生產熱量。若不考慮能量損失，則軸承與轉子之間摩擦力做功與產生的熱量相等。
根據物理學公式
Q=W=μNs
μ為摩擦系數，與接觸面的粗糙程度決定，對發電機而言，與內外圈滾珠和滾柱間的粗糙程度有關，軸承在完工出廠后，其粗糙面程度已經確定，減小摩擦系數的方法只能在軸承與滾柱之間添加潤滑油；
N為軸承受到的壓力；
s為軸承運動的相對距離，由軸承半徑、轉速、運行時間決定。
軸承所受到的壓力由兩部分組成，一部分為轉子分布在軸承上的重力，另一部分為轉子在旋轉過程中產生的離心力。離心力的產生主要是轉子重心與軸承重心無法完全重合造成的。
離心力計算公式
F離=ω2r
ω——轉子轉速，
r——轉子重心于軸承中心的偏差距離。
由公式可知，轉子的轉速和兩個中心的偏差距離是影響離心力大小的主要因素。因離心力方向的不確定性，使軸承受到的壓力稱規律性變化。但當軸承內外圈間的游隙和竄動量大于設計值時，內外圈間存在異常摩擦力，使軸承在X軸上產生壓力，導致軸承總的受力值變大，產生的熱量增加。發電機軸承外圈與發電機外殼相連，軸承產生的熱量通過傳導向外擴散，但潤滑油充滿軸承內部，若潤滑油傳熱效果不好，影響熱量外散也會造成軸承溫度升高。
三、外部因素造成溫度過高
1、部件損耗產生的熱量。
發電機在工作狀態中，電機內部不可避免會造成部件的磨損，如定子或轉子的銅耗、鐵耗、機械損耗及附加損耗等，使發電機軸承溫度升高。轉子回路的銅耗包括轉子銅材繞組的的電阻及個串聯繞組的電阻，勵磁回路的銅耗勵磁繞組銅材的電阻及外串的調節電阻組成。
計算公式為：
PCu=PCus+PCuf=Is2xRs+If2x(Rf+Rp)
其中：Is——轉子回路的總電流；
If——勵磁繞組回路的總電流；
Rs——轉子回路的總電阻；
Rf——勵磁繞組的總電阻；
Rp——外串的調節電阻；
以上物理量中轉子回路的總電阻、勵磁繞組的總電阻和外串的調節電阻在電機設計完成后是固定不變的。因此電機銅耗主要有勵磁回路的電流和轉子回路電流的大小決定的。
同理，鐵耗主要由渦流損耗和磁滯損耗兩部分構成，影響因素有磁通交變頻率及磁密的值有關。機械損耗是由于碳刷和換向器的摩擦、轉子轉動時與空氣摩擦造成的損耗；附加損耗為除以上損耗之外的其他原因產生的損耗，一般將額定損耗的0.5%-1.0%作為附加損耗?？傊?，發電機的銅耗、鐵耗、機械損耗均有可控制的影響因素，這些損耗可以通過技術手段降低，從而減少熱量的產生。
2、發電機水冷器散熱。
發電機冷卻方式由空空冷卻、空水冷卻和水套冷卻等。發電機冷卻裝置在吸收熱量的同時，對外散發熱量，這也成為軸承溫度升高的原因之一。以水冷器為例，水冷器在從發電機內吸收熱量，降低發電機溫度的同時，通過冷卻液將熱量排除機艙，理想狀態下，水冷器吸收的熱量與冷卻液吸收的熱量相等。但在實際工作中，水冷器吸收的熱量與冷卻液流量成正比，大小與冷卻液的傳導系數和散熱器的表面積有關。水冷器吸收的熱量與冷卻液吸收的熱量的差值，也是造成軸承溫度升高的原因。
3、發電機外殼散熱對軸承的影響。
發電機熱量的散發除冷卻裝置外，還有通過電機外殼向外界散熱。根據熱輻射相關公式可知，發電機外殼向外界輻射的熱量，與發電機外殼空氣流量、外殼與空氣溫度差、空氣吸熱能力、外殼灰度有關。若發電機外殼散熱受阻，則會導致內部結構溫度的升高，包括軸承。
四、處理措施
根據軸承溫度升高熱量來源分析以及長期工作經驗，對軸承溫度升高造成的系統故障可以從以下幾方面控制預防：
1、潤滑油性能的好壞，決定了滾珠與滾柱間的摩擦系數，更換質量較好的潤滑油，可有效降低由于摩擦產生的熱量。
對于選定的潤滑油品牌，其性能已經固定，但在使用過程中可能造成污染降低其性能，對于這種情況應及時檢測，定期更換或補充潤滑油，確保軸承部位的摩擦系數最小，減少熱量的產生。
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圖2 發電機新舊油脂的降溫效果差異 |
2、提高發電機安裝質量。
發電機轉子重心與軸承重心的偏差距離是影響軸承所受壓力的重要因素，通過提高發電機安裝質量，減少偏差，確保軸承內外圈的間隙和竄動量符合設計值，減少軸承自身運轉造成的熱量產生。
3、發電機產生的熱量由轉子回來電流、勵磁回路電流、發電機轉速和發電機硅鋼片質量決定。
在電壓固定的情況下，電流大小由電路中電阻決定，電阻大小與材料性能、長度、橫截面積有關。在材料確定、粗細一致的情況下，材料的長度成為影響電阻的決定性因素。若以質量衡量長度，發電機組件的質量減少可有效降低發電機熱量產生。
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