发电机火灾事故分析

出处：按学科分类—政治、法律 中国商业出版社《最新单位消防工作实务全书第三卷》第1481页（5981字）

(一)发电机的火灾危险性

发电机满负荷正常运行时，定子电流和转子电流是很大的，如QFN－100－2发电机静子额定电流6475A，转子额定电流1614A；QFSN－300－2型汽轮发电机，定子额定电流10190A，转子额定电流2642A；QFSN－600－2额定定子电流19245A，额定转子电流4202A。容量更大的机组，定子电流将达到30～50kA。因此定、转子绕组和绕组绝缘的温度很高，再加上通风损耗、机械摩擦损耗，定、转子绕组铜损耗，定子铁芯损耗，这些能量损耗都转变为热量，使正常运行时定子绕组和转子绕组的温度经常在90℃以上，铁芯温度约为80～90℃。

在不正常运行方式时，例如定、转子绕组过电流、过电压、频率过高或过低、负荷不对称、负荷非正弦、发电机异步运行和无励磁运行等不正常方式时，温度将更高。如英国某电厂588MVA发电机异步运行时，发出有功功率为0．37(标么值)，运行时间仅160s，定子端部温度即达到120℃，即使目前大型发电机的绕组采用以环氧树脂为浸渍剂或沾合剂的粉云母带作为定子绝缘(属于B级绝缘)，耐温也仅达130℃。中、小容量发电机定子线棒常采用片状云母带包扎和沥清灌浸处理的A级绝缘，耐温仅105℃，这样一旦发生线圈短路，产生电弧时温度将达到3000℃以上，很容易将绝缘燃着，引起发电机着火。

发电机绝缘因严重过热、绝缘严重老化、绝缘受潮、绝缘受蚀均可引起绝缘强度降低；线圈绝缘质量差(耐磨、耐蚀性能差)、施工工艺不良、检修质量低劣等将引起绝缘松动磨损；在检修或施工中，在槽中掉进焊渣、铁屑、铜屑或检修工具等易使绝缘严重损伤、强度降低；定子铁芯片间因材质低劣、绝缘漆受损、绝缘脱落、夹紧螺栓的绝缘破坏等将引起铁芯发热，产生涡流，铁芯烧熔，导致线圈绝缘破坏等。上述原因都将导致线圈短路起弧着火。

运行维护不当或误操作引起机端短路时，强大的电流和电动力冲击引起绝缘薄弱部位损毁产生电弧的事例，时有发生。因此发电机的火灾危险性是很大的。

(二)定子火灾事故的原因

1．定子线圈绝缘击穿：

(1)制造质量不良，例如定子线棒层间垫条固定不牢，发生窜动，损坏绝缘，或在下线前槽中清理不净，遗留有金属物，刺破绝缘。TQN－100－2型、SQF－100－2型以及QFQS－200－2型发电机定子端部绝缘磨损非常严重者，主要是制造工艺较差，使用材料不当所致。由于采用粉云母绝缘，加工后尺寸变小，与槽型不能紧密配合，之间有间隙；端部垫块厚薄不均，无法保持上下线棒之间的距离；采用普通棉绳作绑线致使绑扎不牢，运行中由于电动力产生摩擦，绝缘磨破后，引起接地或相间短路事故；有些发电机发生绝缘击穿后，发现槽内有金属颗粒、焊渣和铁屑等。

(2)检修质量不良，造成绝缘击穿事故。如某电厂10号机更换线圈绝缘过程中，掉进一段40mm长的铜线，使绝缘受到机械损伤而击穿。

(3)绝缘老化。发电机绝缘在高温作用下，老化速度很快。如果定子绝缘结构采用云母烘卷式，以虫胶作云母的粘合剂，热压成型而不经真空处理。运行年限较长，虫胶溶剂挥发后，绝缘内部便留有间隙，在高电压作用下，产生内游离。运行年限长了，绝缘逐渐松散，分层脆化，电气强度和机械强度降低，运行中稍有异常将会引起绝缘击穿，造成定子绝缘事故。有些发电机经常过负荷运行，加速绝缘老化，也将导致绝缘击穿事故的发生。

(4)绝缘腐蚀。采用粉云母绝缘时，线圈加工后尺寸缩小，导致槽内有间隙。电压较高、容量较大的发电机，很容易发生电腐蚀而损坏绝缘。如某电厂1号发电机主绝缘内层严重腐蚀，槽内有黄绿色粉末，运行中将一线圈主绝缘击穿，引起接地，并将一根线棒的铜线烧断。

(5)运行中操作维护不当。在运行操作中没有严格认真执行操作票制度，导致发生带负荷拉合闸、非同期并列、无励磁运行、静止状态下非同期启动等误操作；套管积灰受潮闪络，引起相间短路。这些都将引起线圈磨损松动，最后造成短路，烧坏线圈绝缘。

(6)自然灾害，在恶劣气候条件下，如大雾、暴风雨、冰雹等情况下，引起系统短路接地，发电机受到冲击，绝缘遭到破坏。老鼠和鸟类也经常造成发电机短路接地，致使发电机绝缘损坏。

(7)保护拒动。发电机保护的电源熔断器熔体熔化或接触不良、二次回路接点接触不良、保护定值错误等原因都将引起发电机在故障情况下保护拒动，使线圈长时间通过短路故障电流，烧损线圈和绝缘。

(8)发电机定子铁芯片间绝缘破坏，或夹紧螺栓绝缘因振动或检修和制造工艺不良都会引起破坏，从而产生很大涡流，产生高温。这不仅可使铁芯本身烧毁，而且会使线圈燃烧损毁。

(9)发电机维护不当，绝缘受潮，绝缘脏污，长期过负荷，发电机风温过高等会使绝缘性能降低，加速老化，引起绝缘击穿，产生电弧。尤其是50年代老机组，定子线圈端部包有若干层纱布带、漆布带(黑腊绸或黄腊绸)并灌注绝缘漆，再加上采用木质、纸质垫块绝缘，在线圈故障时很容易将绝缘烧燃而成为火灾。据不完全统计，1978～1981年4年间，容量6MW以上的发电机故障达177台次，故障机率很高。因此，应对发电机故障和火灾事故高度重视。

2．定子线圈端部绝缘损毁。发电机端部线圈固定时，因热固性材料或线圈成型后角度不符合要求，致使固定不牢，运行中产生摩擦振动，导致端部绝缘损毁。磨损的类型有层间垫条外窜，扎伤线圈弯曲处的主绝缘；上下层线圈和相邻线圈相磨，造成相间短路；线圈与绑环相磨，垫块脱落，绑线开断，线棒绝缘被磨损；铁芯压装不紧或压偏，引起边沿铁芯片振动，槽口处绝缘磨损；线棒端部接头绝缘盒填料不满，引起线棒烧损。

3．定子槽内线圈和铁芯烧坏。由于定子铁芯硅钢片本身性能较差、制造工艺不良，或者检修工艺差，而引起硅钢片之间或与夹紧螺栓之间的绝缘破坏，从而产生涡流，致使温度升高，进而烧损铁芯。铁芯的烧毁还能引起定子线圈绝缘击穿，最后发展成线圈本身的烧毁。定子线圈绝缘击穿事故扩大，将导线烧断，从而发展为烧毁铁芯。例如某厂3号发电机，运行中定子出现接地信号，经检查为B相某槽上层线棒46股导线烧断24股，熔化的铜水破坏绝缘，引起接地事故，又如某电厂4号发电机，运行中定子接地保护动作跳闸，经检查为B相中性点第一根上层线圈绝缘击穿，烧坏铁芯面积为20mm×30mm、深5mm。

4．定子线圈接头开焊。定子线圈开焊的主要原因是接头焊接质量不良，没有灌满锡，造成接触电阻过大，电流通过时温度升高，将锡熔化漏掉，这样接触更加不良，温度更高，恶性循环，导致线圈绝缘击穿。如某厂7号发电机运行中横差保护动作跳闸，经检查是A相端部线圈并头套熔化。又如某厂1号TQN－100－2型发电机，在大修中检查发现12个并头套有多股开焊现象，其中最多的断开6股。再如某厂6号发电机运行中差动保护动作跳闸，经检查发现励磁机端的端部并头套有12个被烧伤。水内冷发电机的空心导线与实心导线接头处由于叉口焊接的质量差，运行一段后出现裂纹，引起漏水。

5．定子线圈端部流胶。定子线圈端部流胶的原因是长期过负荷运行，温升过高，超过绝缘的熔化点，引起流胶。还由于电机制造质量差，发电机达不到铭牌出力。如某厂5号发电机额定容量为75MW，但负荷到50MW时发电机内部冒烟，经检查为定子端部线圈过热流胶。

6．水冷定子线圈漏水和线圈局部堵塞。这大多数是因为端部聚四氟乙烯引水管和接头质量差引起漏水，或固定不当在运行中磨破漏水。也有少数是因为空心铜管有砂眼或裂纹漏水。空心铜管堵塞引起局部过热，原因是内冷水系统内部有空气，水质不良，空心铜管内壁产生氧化铜垢，或试验时将橡皮塞遗留在空心钢管内将管子堵塞。

7．误操作引起线圈绝缘击穿。比如带地线合断路器、带负荷拉合隔离开关、非同期并列和非同期启动等，强大的故障电流将引起线圈绝缘击穿，导致电机着火。

8．过电压将线圈绝缘击穿，由于操作过电压．或大气过电压，都会引起发电机线圈绝缘薄弱部分击穿而造成事故。

9．保护和断路器拒动烧毁线圈。例如1994年元月1日，四川某厂因大雾引起线路闪络故障，3号主变压器中性点引下线烧断，使中性点电压偏移达29．08kV。此电压通过中性点刀闸位置指示信号电缆进入控制室，致使熔断器击穿短路，造成220kV升压站失去了操作保护电源，发电机变压器保护均拒动。2号发电机长时间供给故障电流，引起氢爆炸，发电机严重烧毁、报废。3、4号机通过短路电流长达10min，使转子严重损毁，损失非常惨重。

(三)转子部分故障

1．负序电流烧毁转子。发电机三相负荷不平衡时，定子绕组中存在负序电流。负序电流在发电机气隙中产生负序旋转磁场。该磁场以2倍同步转速切割转子的励磁绕组和铁芯，在转子本体表面、槽楔及阻尼绕组中感应出2倍频率的电动势和电流。这些感应电流通过转子上的小齿和槽楔之间的接触面、护环与转子本体的嵌装面、转子端部阻尼环等形成通路，在接触电阻较大处会产生局部过热。在不对称故障情况下，负序电流很大，它将会烧毁护环、小齿和槽楔及转子本体。例如1984年3月某厂QFS－300－2型发电机因锅炉故障，在停机操作中主变压器高压侧222断路器及灭磁开关跳闸，但222A相断路器没有跳开，造成非全相运行约9min左右，大修抽出转子检查，发现转子表面严重过热并有发蓝区，漆膜大部分脱落，估计故障时温度在300～600℃。大齿凹槽楔上平衡孔中，铝合金螺钉甩出96个，有的不锈钢平衡螺钉已发蓝变色，大护环嵌装面也有发蓝痕迹，转子表面还有4条横向裂纹。又如1990年6月12日，某厂1号机解列停机后，因主变压器高压断路器A相未断开，A、B两相电流为400A，C相为0，非全相运行9min。检查发现转子两端嵌装面有严重过热痕迹，金相组织发生变化，励端护环嵌装面过热最严重处，发现有一条轴向裂纹，裂纹长为5．5mm，宽0．11mm，深0．3～0．6mm，转子大齿极面有普通过热现象，漆膜焦黑、鼓泡甚至脱落。

2．机组主轴磁化。发电机运行中存在轴电压，如果励磁机端轴承座绝缘垫失效，可能产生较大的轴电流，使主轴和其他部件磁化，在严重情况下，轴电流可达到千安以上，以致烧毁轴瓦和引起其他部件磁化或烧伤。

3．转子匝间短路。转子绕组的匝间绝缘由于导线制造工艺不良、转子绕组热变形、绝缘局部过热、槽内或端部留有焊渣、金属颗粒、金属粉末等都将造成匝间短路，引起转子匝间短路事故。

4．氢冷发电机转子通风孔堵塞。发电机转子由于制造质量不良，设计或工艺不当以及运行中导线变形、通风孔错位等都将引起通风孔堵塞，使风速降低，造成局部过热，甚至引起转子故障。

5．双水内冷转子引水管拐角断裂。1975～1977年3年中双水内冷发电机转子引水管拐角断裂占该型发电机转子事故的77%左右，其主要原因是结构设计有缺陷，选用材质不当。

6．励磁引线断裂。1974年相继投产的QFS－300－2型发电机连续发生励磁引线断裂事故，甚至引起转子线圈两点接地，造成整台机组磁化的事故。事故的主要原因：一是结构设计有缺点，在护环下面较长一段引线只靠木筒压住，紧固不牢，受离心力和动挠度的交变复合应力作用，产生裂纹、拉弧烧断；二是选用的软铜皮较厚(1mm)，弹性较差，容易产生裂纹而折断。

7．风扇叶片断裂，护环、心环、小齿损坏，转子大齿上配重平衡螺丝甩出等，造成定子或转子绕组的短路事故。

8．转子引线导电杆紧固螺钉松动，引起转子故障。

9．保护开关拒动，烧毁发电机转子。

(四)定转子间隙存在异物

定转子间气隙内存在焊渣、铜屑、螺丝和检修工具等，引起扫膛，定转子绕组严重受损。

(五)发电机辅助系统故障

1．励磁系统故障。同轴直流励磁系统的主要故障是电刷冒火，滑环和整流子磨损严重，励磁整流子开焊。交流励磁机励磁系统常见的故障是灭磁开关拒动、误动，灭磁时产生过电压，严重时将烧毁转子绝缘及整流器元件。

2．氢系统及氢冷发电机故障详见第二章第七节“氢冷发电机的火灾事故”。

3．水系统故障。直接冷却发电机定子或转子绕组的供水系统必须安全可靠，当发生断水时必须按照规程规定限时与系统解列，否则，定、转子绕组将会超温，损毁绝缘，造成短路。

4．油系统故障。发电机油系统故障将影响发电机密封系统的运行，影响到轴瓦的安全运行，严重时将引起定子扫膛和发电机密封瓦漏氢着火。因此，油系统必须安全可靠。