第三节 发电机的维护
对运行中的发电机必须经常进行检查、维护，便于及时发现异常情况，消除设备的缺陷，保证发电机长期安全地运行。
一、发电机运行中的检查
发电机运行时，值班人员应进行检查，检查的主要项目为：
（1）检查发电机有无异音（发电机正常运行声音是均匀的“嗡嗡”声），有无异味（如焦臭味），有无剧烈振动。
（2）检查发电机各部分如线圈、铁芯及轴承的温度。
（3）检查定子端部绕组有无异常振动、磨损、漏胶、发热变色等现象。
（4）采用直流发电机励磁的同步发电机的励磁系统在运行中最容易发生故障，发生故障后，轻则限制出力，重则必须停机修理，甚至造成严重事故，因此必须进行认真细致的检查。检查的主要内容如下：
1）检查直流发电机整流子表面和滑环表面是否有电刷粉和油垢积聚，刷架及刷握上是否积灰。
2）检查整流子表面的颜色是否为古铜色。表面呈黑色或其他颜色均为不正常，往往是由于电刷冒火或整流子过热而引起的。
3）检查电刷边缘是否碎裂和冒火，电刷是否磨损到最低限度。
4）检查电刷的刷辫是否完整，有无断裂或断股的情况，它与刷架的连接是否良好，有无因刷辫碰触机壳而引起短路或接地的情况。
5）检查是否有个别电刷和刷辫因过热而引起变色，这是因为电刷间电流分布不均匀而产生的。
6）检查电刷在刷握内是否有摇摆或卡住的情况。
7）检查有无因整流子磨损不均匀、换向片间云母凸出或机组振动等原因而引起的电刷跳动和由此产生的电刷冒火。
（5）对采用静止半导体励磁系统的发电机，主要检查硅元件外壳及接线有无过热变色的现象，整流柜内的支架、支持绝缘子有无碎裂、缺损；熔丝及其熔断指示器是否正常，有无过热现象；电阻电容接线是否良好；母线及母线的接头处有无过热变色现象。
（6）对采用无刷励磁系统的发电机，主要检查各个硅元件有无过热变色和积灰现象；硅元件的软线有无断股甩出，否则可能引起短路，造成发电机事故。
二、发电机运行中的维护
水轮发电机维护包括日常维护和停机后维护。
（一）日常维护
日常维护分为常规维护和主要部件维护。维护的项目和质量标准，见表3-3。
表3-3 发电机维护项目及质量标准
1.常规维护
常规维护的主要内容和要求如下：
（1）做好记录。对所有安装在发电机仪表盘上的电气指示仪表，发电机定子绕组、定子铁芯、进出风，发电机各部轴承的温度及润滑系统、冷却系统的油位、油压、水压等应进行检查和记录。检查与记录的间隔时间应根据设备运行状况、机组运行年限、记录仅表和计算机配置等具体情况在现场运行规程中明确。除上述外，还应记录运行中的干扰、故障和修理故障的措施说明。
（2）水轮发电机的运行必须符合GB/T 7894—2009《水轮发电机基本技术条件》。
（3）发电机在运行中盖板应保持密闭，防止外部灰尘、潮气进入发电机内部。
（4）发电机的冷却水应清洁，不能有泥沙、杂草或其他污物存在。
（5）轴承油槽的初始油温不能低于10℃。
（6）轴承润滑油的参数应符合有关规程要求。
（7）发电机发生过速或飞逸转速后，应检查发电机转动部件是否松动或被损坏。
（8）制动器顶起转子的最大行程不能超过20mm。
（9）制动器发生故障时发电机不能启动。
（10）厂房内不得有危害发电机绝缘的酸、碱性气体。
（11）停机3～5d以上的发电机，在启动前应测量其绝缘电阻，其值不得小于规定数值，否则，应进行烘干处理，达到要求后才可投入运行。
（12）当出现下列情况之一时，运行中的水轮发电机应立刻停机：
1）发电机发生异常声响和剧烈振动。
2）发电机飞逸，电压急剧上升。
3）发电机定、转子或其他电气设备冒烟起火。
4）发电机电刷或滑环处产生强烈火花，经处理无效。
5）推力轴承或导轴承瓦温突然上升发生烧瓦事故。
水轮发电机紧急停机后，要及时将事故情况做好记录并报告。同时要迅速查明原因，以消除故障，待一切正常后，方可重新开机。
（13）经常保持厂房和发电机的清洁，定期擦抹各部件表面灰尘。对发电机外露的金属加工面，应经常涂抹黄油，以防锈蚀。
（14）发电机及其附属设备，除进行定期巡视和检查外，在发电机发生外部短路后，也应对发电机进行外部检查。
2.主要部件的维护
（1）定子。
1）定子绕组的检查与维护。
a.检查定子绕组端部是否发生变形，并清扫绕组上的灰尘和污物。
b.检查端箍的绑扎是否发生松动。
c.检查槽楔是否松动。
d.检查定子绕组绝缘老化情况。检查绝缘是否有损伤，如果有损伤应予以修理。
2）定子铁芯的检查与维护。
a.检查定子通风沟内是否有灰尘、污物等，并用干燥的压缩空气吹干净。
b.检查齿压片、齿压板与铁芯间有无松动锈蚀；如果压指与压板为点焊结构，应检查焊点是否开裂，压指是否歪斜或突出；还要检查压指的颜色，是否有因温度过高形成的蓝色。
（2）转子。
1）检查转子零部件固定情况。
a.转子上所有固定螺母是否紧固并锁定。如果松动，应查明原因并紧固锁定。
b.检查磁轭键、磁极键是否松动，如松动应打紧并点焊锁定。
c.转子上所有焊缝有无开裂现象。
2）检查磁极绕组。
a.绕组间的磁极连接线和转子引线的连接是否完好。
b.检查匝间及对地绝缘，如果磁极绕组的对地绝缘电阻低于0.5MΩ，应找出原因并修理。
c.清扫磁极绕组上面的灰尘和污物，保持磁极绕组清洁干燥。
3）检查制动环的摩擦面是否有损害。
4）检查风扇应牢固无松动及变形。
5）检查转子与定子铁芯之间的间隙应均匀符合规定要求。
（3）滑环和励磁机整流子电刷。
1）定期检查整流子和滑环时，应检查下列各点：
a.整流子和滑环上电刷的冒火情况。
b.电刷在刷框内应能自由上下活动（一般间隙为0.1～0.2mm），并检查电刷有无摇动、跳动或卡住的情形，电刷是否过热；同一电刷应与相应整流子片对正。
c.电刷连接软线是否完整、接触是否紧密良好、弹簧压力是否正常、有无发垫、有无碰机壳的情况。
d.电刷与整流子接触面不应小于电刷截面的75%。
e.电刷的磨损程度（允许程度应订入现场运行规程中）。
f.刷框和刷架上有无灰尘积垢。
g.整流子或滑环表面应无变色、过热现象，其温度应不大于120℃。
2）检查电刷时，可顺序将其由刷框内抽出。如需更换电刷时，在同一时间内，每个刷架上只许换一个电刷。换上的电刷必须研磨良好并与整流子、滑环表面吻合，且新旧牌号必须一致。
3）对滑环和励磁机整流子维护的时间和次数，应按现场运行规程的规定进行。工作中，应采取防止短路及接地的安全措施。
使用压缩空气吹扫时，压力不应超过0.3MPa，压缩空气应无水分和油（可用手试）。
4）机组运行中，由于滑环、整流子或电刷表面不清洁造成电刷冒火时，可用擦拭方法进行处理。
（4）推力轴承。
1）检查推力轴承瓦面，如果发现瓦面有明显的磨损，应及时修理并找出原因。
2）测量轴承绝缘电阻，其值不应小于0.2MΩ（油槽充油后）。
3）检查镜板摩擦面应无划痕及其他缺陷，并检查与推力头组合面的质量。
4）用反光镜检查推力头表面的质量。
（5）导轴承。
1）检查导轴承瓦面，如果发现瓦面有明显的磨损，应及时修理并找出原因。
2）测量导轴承绝缘电阻，其值不应小于4MΩ。
3）测量导轴承瓦与滑转子之间的间隙是否符合要求，支柱螺栓第一次运行三个月后必须紧固一次，并调整好间隙。
（6）润滑油。润滑油应该定期抽样检查，一般是每年检查一次。润滑油的质量可以通过颜色、气味、混浊度、泡沫和水分含量等方面来检查。清洁的油应该是清的、透明的。油的颜色除了稍有一点加深外，应无其他变化，颜色的加深不能再发展下去。油的气味不应有腐败或烧焦味。
润滑油使用一定时间后会发生老化面逐渐变质，一般经过5000h后必须更换新油。
（7）冷却器。
1）所有冷却器必须定期清洁。一般用1.2倍额定工作水压反向冲洗或用压缩空气吹干净管内的泥沙杂物，对于直管的空气冷却器最好在铁丝上捆绑布条来回拉动将管内壁黏附物清除掉。在来回拉动捆绑布条时要防止铁丝拉断将布条留在管内使管子堵塞。
2）所有冷却器管内的水垢应及时清洗以免影响冷却效果。
（8）滑环和电刷。
1）滑环外表应保持干净。如出现不圆、偏心、粗糙或烧灼现象时应及时处理；应定期测量滑环绝缘电阻，其值不应小于1MΩ。为了避免滑环不均匀磨损，应该经常倒换滑环的极性。
2）经常检查电刷弹簧的压力，可采用平衡弹簧来测量，其电刷表面压强应为15～20kPa。如果不符，应仔细调整电刷弹簧的压力。
3）检查刷盒的底边离集电环表面的距离，一般为3～4mm；如果不符，应调整刷握。
4）电刷在刷盒内应能自由移动，电刷必须保持清洁以免电刷下产生火花。更换新电刷时应使用相同牌号和尺寸的电刷，并将细砂布放在电刷和滑环中间反复摩擦电刷表面，使电刷磨成圆弧形，达到电刷底面全部与滑环良好接触。
（9）制动器及管路。
1）经常检查制动器及所有管路是否漏油和漏气。
2）检查制动器活塞是否在汽缸内自由移动；如果发现卡死，应及时处理。
3）检查制动器的制动块厚度，如果制动块的厚度小于15mm时，就必须更换新的制动块。
4）制动器将转子顶起后应加以锁定，防止水轮机导叶漏水使水轮发电机组转动面造成事故。
（10）上盖板和上挡风板。检查上盖板和上挡风板的全部螺栓、螺母是否松动，如果松动应重新紧固，以防止松动掉下造成事故。
检查挡风圈与风扇之间的距离，其值应大于顶起转子的高度。
（二）停机维护
水轮发电机停机维护的内容如下。
（1）发电机每次停机后，应检查绕组、轴承冷却供水是否已停止。全部制动装置均已复归，为下一次开机做好准备。
（2）检查发电机轴承外壳、发电机绕组、整流子及电刷接线柱等部件有无过热现象；检查整流子和电刷接触处有无火花灼伤痕迹。
当发电机长期停机时，必须使用电加热器来维持发电机内部温度不低于5℃。还应在电刷与整流子之间垫以干净的纸条；在滑环上涂以凡士林，以防锈蚀。
处于停机状态的发电机，应保持干燥、清洁、完好，随时可以启动，重新启动前，应进行发电机断路器及自动灭磁开关的分、合闸试验（包括两者间的连锁）和电气及水轮机保护联动发电机断路器的动作试验。
三、水轮发电机绝缘电阻和吸收比的测量
1.测量绝缘电阻和吸收比的意义
被测物的绝缘电阻指的是被测物与绕组之间、绕组对地之间被加压一定时间的绝缘电阻值；吸收比指的是测量时间为60s和15s时的绝缘电阻值的比值，即R60″／R15″。
发电机绝缘电阻及吸收比的测量是发电机绝缘状态的一种基本辅助性的检查，可以发现发电机是否受潮、内部有无缺陷等情况，以确定发电机是否可以投入运行或下一步试验方法。
2.测量绝缘电阻和吸收比的方法
目前广泛采用的是兆欧表（摇表）法，具体测量操作步骤为：
（1）拆除与被测物的一切连线，并将其表面的灰尘及污垢擦净（必要时可蘸少许汽油清洗）；将被测物接地放电，放电时间至少1min，电容量较大的设备，放电至少5min。
（2）检查兆欧表的好坏，方法为：将兆欧表平放，二根测量线即“线路L”和“接地E”分开，摇动手柄至额定转速（约120r/min），此时指针应指在“∞”位置；再把二根测量线短接，轻轻摇手柄，此时指针应指在“0”位置。
（3）将被测物的地线接于兆欧表的“接地E”端子（如被测物无专门接地，可将其外壳及非测量部分一起接至兆欧表的“接地E”端）。
（4）将兆欧表摇至额定转速后，将其“线路L”端子接于被测物上，待指针稳定后，记录其读数，该数值即为所测物的绝缘电阻值。
（5）测量吸收比时，按要求先将兆欧表的“接地E”端子接好，摇动兆欧表手柄至额定转速，再将其“线路L”端接于被测物；以接触被测物瞬间开始计算时间，15s时读出此时的绝缘电阻值R15″，60s时再读一次绝缘电阻值R60″（注意：15s时兆欧表不能停止转动）；然后计算出R60″／R15″；该比值就是所测出的吸收比。
（6）测量完毕，兆欧表应保持转速，将“线路L”端子与被测物断开后，才能停止转动，以防被测物反馈充电造成兆欧表的损坏。
（7）测量结束或需进行重复试验时，必须将被测物充分放电1～5min。
（8）记录下测量时被测物的温度和空气湿度。
3.测量绝缘电阻和吸收比的注意事项
测量发电机绝缘电阻和吸收比时，应注意以下几点事项：
（1）兆欧表的选择应与发电机额定电压相适应。发电机额定电压在1000V及以下者，可用1000V兆欧表；额定电压在1000V以上者，应用2500V兆欧表。测转子绕组时，转子绕组额定电压在200V以上者，应用2500V兆欧表；额定电压为200V及以下者，可用1000V兆欧表。
（2）测量三相绕组时，除被测相外，其他二相均应接地。
（3）绝缘电阻随温度变化而差异很大。对B级绝缘的发电机，一般应将所测绝缘电阻值换算至接近运行状态温度75℃的数值。
（4）同一被测物的测量结果与前一次比较时，应用同一电压等级的兆欧表和同一温度、湿度。
4.绝缘电阻和吸收比的要求
发电机绝缘电阻的要求为：每“千伏（kV）”应等于或大于“1兆欧（MΩ）”（例如，额定电压为6.3kV的发电机，其最低绝缘电阻为63MΩ）；而且与上次所测结果进行比较，其绝缘值不应低于上次的1/3，如低于上次的1/3，即使满足大于每“kV”“1MΩ”要求，也应认为发电机绝缘不良。
低压发电机（额定电压为400V）以及转子励磁绕组的绝缘电阻，应大于0.5MΩ。
发电机吸收比的要求为：R60″／R15″；应大于1.3；如低于1.3，则表明发电机已受潮，应进行干燥。
发电机定子三相间的绝缘电阻应比较接近。其相互比值为发电机绝缘电阻平衡系数，要求平衡系数小于2。
四、水轮发电机干燥方法
水轮发电机受潮或在检修中更换局部或全部绕组后，一般需要进行干燥。常用的干燥方法如下：
1.定子铁损干燥法
定子铁损干燥法是现场干燥发电机的定子时优先选用的一种方法，这种方法比较安全、方便和经济。定子铁损干燥法是在定子铁芯上缠绕励磁绕组，接通交流380V电源，使定子产生磁通，依靠其铁损来干燥定子，一般在检修中抽出转子后进行。
2.直流电源加热法
直流电源加热法是将直流电流（如利用直流电焊机等）通入定、转子绕组，利用铜损耗所产生的热量进行加热干燥。但是，由于发电机定子的体积较大，干燥时发热较慢，所以定子的干燥不单独采用此法，而仅作为铁损干燥时的辅助加热方法。转子干燥时多采用这种方法，通过转子的电流不应超过转子的额定电流。通常开始时不应超过转子额定电流的50%，最大不应超过额定电流的80%。
使用直流电源加热法干燥时，加热温度应缓慢升高，对转子绕组温度的监视，可利用嵌在转子两端和中部通风孔内的三支酒精温度计进行，转子温度不应超过100℃。对定子绕组温度的监视，可利用绕组中埋置的测温电阻元件进行，定子温度不应超过75℃。如果温度超过规定值，则应暂时断开电源。接通或断开电流回路时，应使用磁力启动器，不能采用刀闸操作。
3.三相短路干燥法
当机组全部检修、安装完毕，具有开机条件时，若有必要，需进行一次交直流耐压试验。耐压试验或开机之前，若绝缘电阻及吸收比不符合要求，发电机应进行干燥。通常采用定子绕组三相短路干燥法。
三相短路干燥法是将发电机定子绕组三相短路，短路点可以直接选在发电机的出口处，也可选在出口断路器的外侧。机组以额定转速运转，转子绕组加励磁电流，定子绕组电流随之上升，利用发电机自身电流所产生的热量，对绕组进行干燥。为了升温的需要，空气冷却器不应供给冷却水。
发电机开始升流加温时，起始电流以不超过定子额定电流的50%为宜，最大短路电流不要超过定子绕组的额定电流。
在加温过程中，绕组的最高温度以酒精温度计测量时，不应超过70℃；以检温计测量时，不应超过85℃。温度应逐步升高，在40℃以下，每1h升温不超过5℃；40℃以上，每1h升温8~10℃。温度的测量，以酒精温度计测绕组及铁芯表面温度，以检温计测铁芯槽内温度，两种测量可以互相校对，取多个测温点的平均值。
在加温过程中，每4~8h需用兆欧表测三相绕组对机壳的总绝缘电阻一次，读取R15″及R60″，算出吸收比，并根据当时的温度折算成75℃的绝缘电阻值。测量绝缘电阻时，应停止外加电源。
采用上述方法干燥时的注意事项如下：
（1）温度限额。干燥时发电机各部位的温度应不超过下列数值：定子膛内的空气温度80℃（用温度计测量），定子绕组表面温度85℃（用温度计测量），定子铁芯温度90℃（在最热点用温度计测量），转子绕组平均温度120℃（用电阻法测量）。
（2）干燥时间。发电机的干燥时间由受潮程度、干燥方法、机组容量和现场具体条件等来决定。预热到65～70℃的时间，一般不得少于15～30h，全部干燥时间一般在72h以上。