熱彎曲是發(fā)電機(jī)較常見的一種振動(dòng)故障，在國內(nèi)外都是如此。近幾年國內(nèi)機(jī)組此類故障有增加的趨勢，因此進(jìn)行這方面的研究、總結(jié)現(xiàn)場處理的經(jīng)驗(yàn)是十分必要的。

引起發(fā)電機(jī)熱彎曲的主要原因有：①材質(zhì)問題；②冷卻系統(tǒng)故障；③轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻；④匝間短路。

01 材質(zhì)問題

轉(zhuǎn)子鍛件的各向異性會(huì)引起轉(zhuǎn)子受熱后各個(gè)方向的膨脹不均，產(chǎn)生熱彎曲。隨著制造水平的提高，材質(zhì)造成的熱彎曲已很少見。

02 冷卻系統(tǒng)故障

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的冷卻方式分為空冷、水冷和氫冷。它們都可能出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)堵塞的故障。

1. 空冷機(jī)組

小容量的發(fā)電機(jī)和許多勵(lì)磁機(jī)采用空氣冷卻，在長期運(yùn)行的過程中，空氣中的灰塵可能堆積在轉(zhuǎn)子的風(fēng)道上面，將影響到通風(fēng)的均勻性。

2. 水冷機(jī)組

水內(nèi)冷機(jī)組的冷卻水由勵(lì)磁機(jī)的進(jìn)水支座經(jīng)水電連接頭進(jìn)入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的空心線圈，冷卻轉(zhuǎn)子后由汽側(cè)的出水支座排出。

水電連接頭是拐角結(jié)構(gòu)，而且空心線圈的內(nèi)孔很小，只有幾毫米。如果有異物進(jìn)入，很容易在這兩個(gè)部位造成堵塞。

3. 氫冷機(jī)組

大型發(fā)電機(jī)多數(shù)采用氫內(nèi)冷。通風(fēng)孔是轉(zhuǎn)子熱交換的主要風(fēng)路通道，多種原因都可能引起通風(fēng)孔通流截面減小、通風(fēng)孔變形、雜物堵塞，例如：制造、安裝或保管不慎將雜物帶入通風(fēng)孔；檢修后未能對發(fā)電機(jī)徹底吹掃；運(yùn)行中雜物被吹入通風(fēng)孔；導(dǎo)線絕緣脫落堵塞通風(fēng)孔或引起通風(fēng)不暢；匝間絕緣竄動(dòng)；槽楔、楔下墊條、通風(fēng)孔的相互錯(cuò)位；轉(zhuǎn)子局部過熱使槽襯斷裂或鼓起堵塞通風(fēng)孔；氫爆引起的通風(fēng)孔變形。

冷卻系統(tǒng)局部堵塞，將破壞冷卻的對稱性，使轉(zhuǎn)子橫截面出現(xiàn)溫度不對稱，引起熱彎曲。

03 轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻

有的資料也將這種故障稱為內(nèi)摩擦效應(yīng)，因?yàn)樗c線圈膨脹受到的摩擦力有關(guān)。

發(fā)電機(jī)的磁場是轉(zhuǎn)子繞組的勵(lì)磁電流建立的。勵(lì)磁電流通過繞組并使線圈被加熱，線圈受熱后向兩端膨脹，大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈的膨脹量可以達(dá)到10mm左右。如果這種膨脹不受約束，并不會(huì)在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。然而，由于旋轉(zhuǎn)過程中線圈產(chǎn)生巨大離心力，這種離心力使它緊貼在槽楔和護(hù)環(huán)的內(nèi)壁，在結(jié)合面出現(xiàn)很大的摩擦力。這種摩擦力可能導(dǎo)致線圈膨脹受阻，而線圈的反作用力會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲。

B內(nèi)應(yīng)力示意如圖1所示，部件A受熱后膨脹，由于受到部件B的約束，它會(huì)給B反作用力使其彎曲。轉(zhuǎn)子線圈膨脹受阻的原理與此相似，只不過這種約束來自結(jié)合面的摩擦力。

線圈長期受內(nèi)摩擦力的作用發(fā)生蠕變，或者匝間短路產(chǎn)生的高溫使線圈變形或表面炭化，都可能使摩擦力增大；槽楔安裝的松緊程度不一，楔下墊條厚薄的不均勻、護(hù)環(huán)的偏斜，也可能破壞摩擦力的對稱性。

圖1 內(nèi)應(yīng)力示意

與汽缸膨脹的暢通要有一個(gè)時(shí)間過程相同，發(fā)電機(jī)初投運(yùn)時(shí)，線圈的膨脹容易出現(xiàn)卡澀。當(dāng)機(jī)組經(jīng)過若干啟停過程，線圈經(jīng)過反復(fù)的膨脹、收縮后，卡澀就會(huì)自動(dòng)消失。有的發(fā)電機(jī)初運(yùn)行時(shí)存在較大的振動(dòng)，而經(jīng)過一個(gè)階段運(yùn)行后振動(dòng)消失，原因就在于此。

為了使線圈能夠自由膨脹，一些大型發(fā)電機(jī)在楔下墊條和護(hù)環(huán)的內(nèi)壁涂有一層聚四氟乙烯的材料（稱為滑動(dòng)層），以減小接觸面的摩擦力。如果滑動(dòng)層損壞，使部分線圈膨脹受阻，也將引起轉(zhuǎn)子的彎曲。

由于線圈受熱后向兩端膨脹，端部的膨脹量大，故膨脹不均勻的故障容易出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子兩端。

04 匝間短路

引起轉(zhuǎn)子線圈匝間短路的原因很多。例如由于線圈熱脹冷縮及振動(dòng)的影響，使匝間絕緣被磨損、脫落、位移等；由于線圈與絕緣材料的膨脹系數(shù)不同，也會(huì)使匝間絕緣破裂；有的機(jī)組因?yàn)榫€圈產(chǎn)生永久變形或端部墊塊配合不好，端部線圈變形嚴(yán)重，引起各匝線圈端部之間的相撞或端部線圈倒塌。

空冷和氫冷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在線槽的直線部分開有通風(fēng)孔，由于熱脹冷縮，將使匝間絕緣位移，堵塞通風(fēng)孔，引起局部過熱。而過熱又會(huì)加速絕緣老化。

匝間短路時(shí)，轉(zhuǎn)子局部的溫度可以達(dá)到近千度，這將破壞轉(zhuǎn)子溫度分布的對稱性。

另一方面，短路產(chǎn)生的高溫將使滑動(dòng)層受到損壞，影響線圈的膨脹。所以存在匝間短路時(shí)，振動(dòng)有時(shí)還會(huì)表現(xiàn)出線圈膨脹受阻的特點(diǎn)。

匝間短路還可能產(chǎn)生不均勻的磁拉力，也會(huì)引起振動(dòng)的增加。

需要指出的是，匝間短路只有在比較嚴(yán)重的情況下才會(huì)在振動(dòng)上反映出來，輕微的短路不一定影響到振動(dòng)。有的發(fā)電機(jī)在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子存在匝間短路，但運(yùn)行中并沒有發(fā)現(xiàn)振動(dòng)異常，原因就在于此。