2023年发电机试题

发电机部分

1.什么是“同步”发电机？同步转速是如何拟定的？

答：发电机是发电厂的心脏设备，发电机按其驱动的动力大体可分为水轮发电机（水力）

和汽轮发电机（蒸汽）。本书所涉及的内容均是指同步发电机（限于立式水轮发电机）。

发电机在正常运营时•，在发电机定转子气隙间有一个旋转的合成磁场，这个磁场由两个

磁场合成：转子磁场和定子磁场。所谓“同步”发电机，就是指发电机转子磁场的转速（原

动机产生）与定子磁场的转速（电力系统频率决定）相等。

转子磁场由旋转的通有直流电的转子绕组（磁极）产生，转子磁场的转速也就是转子的转

速，也即整个机组的转速。转子由原动机驱动，转速由机组调速器进行调节，这个转速在发

电机的铭牌上都有明确标示。定子旋转磁场由通过三相对称电流的定子三相绕组（按120。

对称布置）产生，其转速由式一厂拟定（式中：P为转子磁极对数；f为电力系统频率;

n为机组转速）。从式中可见，对某一具体的发电机，其磁极对数是固定不变的，而我国电

力系统的频率也是固定的，即50Hz（也称工频），可见每一具体的发电机的定子旋转磁场的

转速在发电机制造完毕后就是“定值”。当然，电力系统的频率并不能真正稳定在50Hz的理

论值，而是允许在这个值的上下有微小的波动，也即定子磁场在运营中实际是在额定转速值

的周边动态变化的。转子磁场为了与定子磁场同步也要适应这个变化，也即机组的转速作动

态的调整。假如转速不能与定子磁场保持一致，则我们说该发电机“失步”了。

2

2.什么是发电机的飞轮力矩GDO?它在电气上有什么意义？

答：发电机飞轮力矩GD2,是发电机转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积。看起

来它是一个与电气参数无关的量，其实不然,它对电力系统的暂态过程和动态稳定影响很大。

它直接影响到在各种工况下忽然甩负荷时机组的速率上升及输水系统的压力上升，它一方面

应满足输水系统调节保证计算的规定。当电力系统发生故障，机组负荷突变时，因调速机构

的时滞，使机组转速升高，为限制转速，机组需一定量的GD>GD2越大，机组转速变化

率越小，电力系统的稳定性就越好。

GD2与机组造价密切相关，GD2越大，机组重量越大、制导致本越大。

3.什么是发电机的短路比Kc?Kc与发电机结构有什么关系？

答：短路比Kc,是表征发电机静态稳定度的一个重要参数。Kc本来的意义是相应于空

载额定电压的励磁电流下三相稳态短路时的短路电流与额定电流之比，即Kc=lko/IN。由于

短路特性是一条直线，故Kc可表达为发电机空载额定电压时的励磁电流Ifo与三相稳态短

路电流为额定值时的励磁电流Ifk之比，表达式为：Kc=Ifo/Ifkgl/Xd。Xd是发电机运营

中三相忽然短路稳定期所表现出的电抗，即发电机直轴同步电抗（不饱和值）。

如忽略磁饱和的影响，则短路比与直轴同步电抗Xd互为倒数。短路比小，说明同步电

抗大，相应短路时短路电流小，但是运营中负载变化时发电机的电压变化较大且并联运营时

发电机的稳定度较差，即发电机的过载能力小、电压变化率大，影响电力系统的静态稳定和

充电容量。短路比大，则发电机过载能力大，负载电流引起的端电压变化较小，可提高发电

机在系统运营中的静态稳定性。但Kc大使发电机励磁电流增大，转子用铜量增大，使制导

致本增长。短路比重要根据电厂输电距离、负荷变化情况等因数提出，一般水轮发电机的K,

取0.9〜1.3。结构上，短路比近似的等于

*-------„Bxff____

产（0.3~0.4）

式中8——气隙长度；

r——极距；

B——气隙磁密；

、A---发电机电负荷。________--

可见，要使Kc增大，须减小A,即增大机组尺寸；或加大气隙，须增长转子绕组安匝

数。

4.什么是发电机的直轴瞬变电抗Xd'?与发电机结构有什么

关系？

答:Xd'是代表发电机运营中三相忽然短路初始时间（阻尼绕组的电流衰减后）的过渡电

抗。直轴瞬变电抗是发电机额定转速运营时，定子绕组直轴总磁链产生的电压中的交流基波

分量在突变时的初始值与同时变化的直轴交流基波电流之比。它也是发电机和整个电力系统

的重要参数，对发电机的动态稳定极限及忽然加负荷时的瞬态电压变化率有很大影响。Xd'

越小，动态稳定极限越大、瞬态电压变化率越小；但Xd'越小，定子铁芯要增大，从而使

发电机体积增大、成本增长。Xd'的值重要由定子绕组和励磁绕组的漏抗值决定。

结构上，Xd'与电负荷A、极距T有如下关系:

k为比例系数。可见，要减少Xd',必须减小A或加大T,都将使发电机尺寸增大。

5.什么是发电机的直轴超瞬变电抗Xd”?与发电机结构有什么关系？Xd"的大小对系统

有什么影响？

答:Xd"是代表发电机运营中三相忽然短路最初一瞬间的过渡电抗。发电机忽然短路时,

转子励磁绕组和阻尼绕组为保持磁链不变，感应出对电枢反映磁通起去磁作用的电流，将电

枢反映磁通挤到励磁绕组和阻尼绕组的漏磁通的途径上，这个途径的磁阻很大即磁导很小，

故其相相应的直轴电抗也很小，这个等效电抗称为直轴超瞬变电抗Xd”,也即有阻尼绕组

的发电机忽然短路时，定子电流的周期分量由Xd"来限制。

结构上，Xd"重要由发电机定子绕组和阻尼绕组的漏抗值决定。

对于无阻尼绕组的发电机，则Xd"=Xd'。

由于Xd”的大小影响电力系统忽然短路时短路电流的大小，故Xd"值的大小也影响到

系统中高压输变电设备特别是高压断路器的选择，如动稳定电流等参数。从电气设备选择来

说，希望Xd"大些，这样短路电流小一些。

6.阻尼绕组的作用是什么？

答：水轮发电机转子设计有交、直轴阻尼绕组。阻尼绕组在结构上相称于在转子励磁绕

组外叠加的一个短路鼠笼环，其作用也相称于一个随转子同步转动的“鼠笼异步电机”，对

发电机的动态稳定起调节作用。发电机正常运营时，由于定转子磁场是同步旋转的，因此阻

尼绕组没有切割磁通因而也没有感应电流。当发电机出现扰动使转子转速低于定子磁场的转

速时，阻尼绕组切割定子磁通产生感应电流,感应电流在阻尼绕组上产生的力矩使转子加速,

两者转速差距越大，则此力矩越大，加速效应越强。反之，当转子转速高于定子磁场转速时，

此力矩方向相反，是使转子减速的。因此，阻尼绕组对发电机运营的动态稳定有良好的

调节作用。

7.3Y接线是什么含义?发电机为什么多采用星形接线？

答：在发电机铭牌或图纸中，我们常见到发电机定子绕组的接线方式表达为Y、3Y、5

Y等。这表达发电机是按星形方式接线。3Y表达发电机定子绕组是3路星形并联，也可以

理解为3个星形接线的发电机并联在一起。

由于发电机的磁通内有较强的3次谐波，假如发电机接成△线，则3次谐波会在△内形

成回路，导致附加的损耗和发热。此，发电机定子绕组一般接成Y形，使3次谐波不能形成

回路。

8.什么是励磁绕组?什么是电枢绕组？

答：在电机的定、转子绕组中，将空载时产气愤隙磁场的绕称为励磁绕组（或激磁绕组）；将

另一产生功率转换（吸取或出有功功率）的绕组称为电枢绕组。可见，水轮发电机的励磁组就

是转子绕组，而定子绕组则是电枢绕组。异步电动机的励绕组是定子绕组，而基本处在短路

状态下的转子绕组则是电枢组。

9.什么是叠绕组?有何特点?什么是波绕组?有何特点？

答：叠绕组是任何两个相邻的线圈都是后一个线圈叠在前一线圈的上面。在制造上，这种绕

组的一个线圈多为一次制导致，这种形式的线圈也称为框式绕组。这种绕组的优点是短矩时

节省端部用铜，也便于得到较多的并联支路。其缺陷是端部的接线较长，在多极的大电机中

这些连接线较多，不便布置且用量也很大，故多用于中小型电机。波绕组是任何两个串联线

圈沿绕制方向象波浪似的前进。在造上，这种绕组的一个线圈多由两根条式线棒组合而成，

故也为棒形绕组。其优点是线圈组之间的连接线少，故多用于大型轮发电机。在现场，波绕

组的元件直接称呼为“线棒”。本书述中，多以“线棒”代替“线圈”。

10.什么是每极每相槽数g?什么是整数槽绕组?什么是分槽绕组？

答：对某一具体的发电机，发电机定子的槽数和转子的磁极数都已拟定。其中有一个重要的

概念是每极每相槽数q。发电绕组由A、B、C三相组成，则每一相在定子中所占的槽数是

等的，各1/3：相应于转子的每个磁极，各相在每个磁极下相应所占的定子槽数也是相等

的。每极每相槽数q,即在每个磁极下，每一相应当占有的槽数。

q=

2pm

式中Z----定子总槽数；

2p---磁极个数；

m----相数。

由公式可见，q值很容易求得。当q为整数时，则称绕组为整数槽绕组；q为分数时，

则称绕组为分数槽绕组。如q=3,则表达一个磁极下，A、B、C三相在定子槽中各占有三槽。

如

i3

彳表达一个磁极下，A、B、c三相在定子槽中各占有2丁槽，也即分数槽。可是，

2a

一个定子槽是不也许劈开为分数的。4也即11/4,这就表达，每4个磁极下，A、B、c

三相在定子槽中各占有11槽，各相磁极下相应的总的槽数还是相等。

11.什么是分数槽绕组的循环数（或轮换数）？它是如何组成和拟定的？’

答：在发电机定子绕组图纸的参数中，我们可以看到绕组循环数或轮换数，如某发电机

3

定子为792槽，每极每相槽数q=2T其绕组循环数为3233,这个数就是分数槽绕组的轮

换数，它与每极每相槽数是密切相关的，它表达定子三相绕组的排列中各相相应布置

的定子槽数。

上述的3233,其4位数字相加：3+2+3+3=11；11为定子槽数，“位数”4表达4个磁极，

显然两数分别为每极每相槽数q=ll/4的分子和分母。它表达定子的所有槽数排列顺序为：

按A相3槽、B相2槽、C相3槽、A相3槽（注意已排了一轮）、B相3槽、C相2槽、A相

3槽、B相3槽（注意已排了两轮）……，如此一直将所有的定子槽数排完（见图2—1）。即按

3233的顺序将定子的所有槽数均分为三等分，如该发电机共有792槽，则以3233这个顺序

数排72轮（72X11=792）,就将所有定子槽数排完了，每相占有264槽（参见本部分13题）。

同为11/4,循环数当然也可排为2333或3332。之所以选3233,是根据各种排列在方块图

上排列显示后，以其连线最省的原则拟定的。也即绕组线棒之间的连接方式，以选用端部接

头最少的波绕方式为佳，绕组端部接线的设计应使极问连接线的数量最少。

为节省篇幅，只标出一个支路的连接，中间部分槽省略。

12.什么是波绕组的合成节矩?合成节矩中的数值各代表什么意义?

答：合成节矩是用来表征波绕组连接规律的参数。它表白波绕组将各个线圈串接成完整

绕组沿绕制方向前进的槽数，为相邻两线圈的相应边相隔的槽数。如在发电机定子绕组图纸

上，我们看到绕组参数栏内标有类似「7—14这样的参数，这个参数就是绕组的合成节矩。

合成节矩丫=丫1+丫2；其中节矩yl,表白一个定子线圈的一根线棒在N极下而另一根线棒

处在s极下，两端相隔的定子槽数，-7表达这个线圈一端在第1槽而另一端在第7槽，yl=

6：节矩y2,表达该线圈从第7槽出来后下一个相连的线圈槽号是第14槽，y2=7,则合成

节矩Y=13»

14.分数槽绕组有何优缺陷？

答：大型水轮发电机多采用分数槽绕组，其优点有：①能削弱磁极磁场非正弦分布所产

生的高次谐波电势；②能有效地削弱齿谐波电势的幅值，改善电动势的波形；③减小了因气

隙磁导变化引起的每极磁通的脉振幅值，减少了磁极表面的脉振损耗。

其缺陷是分数槽绕组的磁动势存在奇数次和偶数次谐波，在某些情况下它们和主极磁场

互相作用也许产生一些干扰力，当某些干扰力的频率和定子机座固有振动频率重合时，将引

起共振，导致定子铁芯振动。因此，分数槽q值选择不妥也也许带来很多隐患，这在实际发

电机的运营中是有例子的。

15.什么是齿谐波电势？削弱齿谐波电势有哪些方法？

答：在发电机绕组电势的分析中，一方面是假定定子绕组的铁芯表面是平滑的，但事实

上由于铁芯槽的存在，铁芯内圆表面是起伏的，对磁极来说，气隙的磁阻事实上是变化的。

磁极对着齿部分，则磁阻小，对着铁芯线槽口部分的气隙磁阻就大，随着磁极的转动，就会

由于气隙磁阻的变化在定子绕组中感应电势。这种由于齿槽效应在绕组中感生的电势就称为

齿谐波电势。

削弱齿谐波电势的方法有：

(1)采用斜槽，即定子或转子槽与轴线不平行。把定子槽做成不垂直的斜槽或将磁极做

成斜极，当然这在大型发电机中是无法做到的。在小型电机如异步鼠笼电动机中，转子绕组

采用的就是斜槽。在一些中小型发电机中也采用了定子斜槽的方式，一般斜度等于一个定子

槽距。

(2)采用磁性槽楔，即改善磁阻的大小。但目前没有成熟技术，也只限于中、小型电动

机上应用。

(3)加大定、转子气隙也能有效地削弱齿谐波，但会使功率因数变坏，故一般也不采用。

(4)采用分数槽绕组。这是目前大型水轮发电机广泛采用的方法。

16.发电机运营中的损耗重要有哪些？

答：发电机的损耗大体可分为五大类，即定子铜损、铁损、励磁损耗、电气附加损耗、

机械损耗。发电机运营中，所有的损耗几乎都以发热的形式表现出来。

(1)定子铜损即定子电流流过定子绕组所产生的所有损耗。

(2)铁损即发电机磁通在铁芯内产生的损耗，重要是主磁通在定子铁芯内产生的磁滞损

耗和涡流损耗，还涉及附加损耗。

(3)励磁损耗即转子回路所产生的损耗，重要是励磁电流在励磁回路中产生的铜损。

(4)电气附加损耗则比较复杂，重要有端部漏磁通在其附近铁质构件中产生的损耗、各

种谐波磁通产生的损耗、齿谐波和高次谐波在转子表层产生的铁损等。

(5)机械损耗重要涉及通风损耗、轴承摩擦损耗等。

17.发电机忽然短路有哪些危害？

答：(1)发电机忽然短路时，发电机绕组端部将受到很大的电动力冲击作用，也许使线

圈端部产生变形甚至损伤绝缘。

(2)定、转子绕组出现过电压，对发电机绝缘产生不利影响。定子绕组中产生强大的冲

击电流，与过电压的综合作用，也许导致绝缘薄弱环节的击穿。

(3)发电机也许产生剧烈振动，对某些结构部件产生强大的破坏性的机械应力。

18.什么是绝缘的局部放电?发电机内的局放有哪几种重要形式？

答：在电场的作用下，绝缘系统中绝缘体局部区域的电场强度达成击穿场强，在部分区

域发生放电，这种现象称为局部放电(PartialDischarge)o局部放电只发生在绝缘局部，

而没有贯穿整个绝缘。

发电机中的局部放电重要有绕组主绝缘内部放电、端部电晕放电及槽放电(含槽部电晕)

三种。此外，发电机中尚有一种危害性放电，是由定子线圈股线或接头断裂引起的电弧放电,

这种放电的机理与局部放电不同。

19.发电机主绝缘内的局部放电产生的因素是什么？有什么危害？

答：大型发电机定子线棒在生产过程中，由于工艺上的因素，在绝缘层间或绝缘层与股

线之间也许存在气隙或杂质；运营过程中在电、热和机械力的联合作用下，也会直接或间接

地导致绝缘劣化，使得绝缘层间等产生新的气隙。由于气隙和固体绝缘的介电系数不同，这

种由气隙（杂质）和绝缘组成的夹层介质的电场分布是不均匀的。在电场的作用下，当工作电

压达成气隙的起始放电电压时，便产生局部放电。局部放电起始电压与绝缘材料的介电常数

和气隙的厚度密切相关。

气隙内气体的局部放电属于流注状高气压辉光放电，大量的高能带电粒子（电子和离子）

高速碰撞主绝缘，从而破坏绝缘的分子结构。在主绝缘发生局部放电的气隙内，局部温度可

达成1000C,使绝缘内的胶粘剂和股线绝缘劣化，导致股线松散、股问短路，使主绝缘局

部过热而热裂解，最终损伤主绝缘。

局部放电的进一步发展是使绝缘内部产生树枝状放电，引起主绝缘进一步劣化，最终形

成放电通道而使绝缘破坏。

20.什么是电晕？电晕对发电机有什么危害？

答：发电机内的电晕（Corona）,是发电机定子高压绕组绝缘表面某些部位由于电场分布

不均匀，局部场强过强，导致附近空气电离，而引起的辉光放电。可见，电晕是发电机局部

放电的一种。它产生在绝缘的表面，它与我们所熟悉的一般户外高压电场下的导体附近的电

晕是有所不同的。

与其他形式的局部放电相比，电晕自身的放电强度并不是很高，但电晕的存在大大的减

少了绝缘材料的性能。表面电晕使绝缘表面局部温度升高，电晕的热效应及其产生的03和

N2的化合物（03极易分解与空气中的氮N2及水分化合生成酸）也会损坏局部绝缘，对黄绝缘

来说是将绝缘层变成白色粉末，其限度的深浅与电晕作用时间有关，材料表面损坏后，放电

集中于凹坑并向绝缘材料内部发展，严重时发展为树枝放电直到击穿。此外，电晕还使其周

边产生带电离子，各种不利因数的叠加，一旦定子绕组出现过电压，则就有导致线棒短路或

击穿的也许。黄绝缘的击穿场强随温度的升高而略有下降，当温度超过180℃时，其击穿

场强将急剧下降。

21.发电机内哪些部位易产生电晕？

答：发电机一般在机内也许产生外部电晕的部位有：①线棒出槽口处。绕组出槽口处属

典型的套管型结构，槽口电场非常集中，是最易产生电晕的地方。②铁芯段通风沟处。通风

槽钢处属锋利边沿，易导致电场局部不均匀。③线棒表面与铁芯槽内接触不良处或有气隙处。

④端箍包扎处。⑤端部异相线棒间。绕组端部电场分布复杂，特别是线圈与端箍、绑绳、垫

块的接触部位和边沿，由于工艺的因素往往很难完全消除气隙，在这些气隙中也容易产生电

晕。

22.发电机电晕与哪些因素有关系？

答：(1)与海拔高度有关。海拔越高，空气越稀薄，则起晕放电电压越低。

(2)与湿度有关。湿度增长，表面电阻率减少，起晕电压下降。

(3)端部高阻防晕层与温度有关。如常温下高阻防晕层阻值高，则温度升高其起晕电压

也提高。常温下如高阻防晕层阻值偏低，起晕电压随温度升高而下降。

(4)槽部电晕与槽壁间隙有关。线棒与铁芯线槽壁间的间隙会使槽部防晕层和铁芯间产

生电火花放电。环氧粉云母绝缘最易产生局部放电的危险间隙在是0.2~0.3nm左右。目

前我国高压大电机采用的环氧粉云母绝缘的线膨胀系数很小，在正常运营条件下，环氧粉云

母绝缘的线棒的膨胀量不能填充线棒和铁芯间的间隙。这是与黑绝缘区别比较大的地方。

(5)与线棒所处部位的电位和电场分布有关。越高越易起晕，电场分布越不均匀越易起

晕。

23.什么是电腐蚀?什么是内腐蚀和外腐蚀？防止电腐蚀的措施有哪些？

答：电腐蚀是发生在发电机槽部定子线棒防晕层表面和定子槽壁之间因失去电接触而产

生的容性放电，从而引起线棒表面的腐蚀和损伤。这种容性放电的放电能量比纯电晕放电要

大得多，严重时发展为火花放电。火花放电温度可高达摄氏几百度至上千度。同样，放电使

空气电离产生的臭氧与空气中的氮、水分产生化学作用，对线棒表面和铁芯产生腐蚀。电腐

蚀轻者，使线棒防晕层及主绝缘表面变白并有不同限度的蚕食；严重者防晕层损坏，主绝缘

外露或出现麻点，引起线棒表面防晕层乃至主绝缘、垫条的烧损。这种引起线棒防晕层、主

绝缘、垫条等损伤的情况统称为“电腐蚀”。

根据电腐蚀产生的部位分外腐蚀和内腐蚀。外腐蚀指发生在防晕层和定子槽壁之间的电

腐蚀；内腐蚀是指发生在防晕层和主绝缘之间的电腐蚀。内腐蚀的因素是由于线棒的表面防

晕层与线棒主绝缘之间粘接接触不好，存在微小空气气隙的缘故，如主绝缘表面不平整，半

导体漆没有浸透或半导体漆自身的问题等。随着发电机制造技术的发展，“内腐蚀”基本上

已成为了一个历史名词。

防止电腐蚀的措施有：①定子槽内在下线前喷低阻半导体漆。②选择合适的低阻半导体

垫条，打紧槽楔，保证线棒直线部分表面防晕层的完好，使线棒表面防晕层与垫条或铁芯壁

有良好的接触。③改善线棒槽内固定方式。④改善制造工艺水平，如线棒的尺寸和平直度、

铁芯的制造和叠片公差等。良好的线棒制造工艺和整机制造水平是减少电腐蚀发生的有力保

证。

目前我国在线棒防晕和防止电腐蚀方面有了长足的进步，如主绝缘和防晕层同时热压成

型、半导体适型毡工艺、线棒采用半导体槽衬槽内固定等。

24.永磁发电机有什么作用？一般采用什么类型的永磁机？

答：永磁发电机位于发电机组的机头部分，与发电机组同轴同步旋转。其作用重要是为

水轮机的调速系统采集机组频率提供信号电源（除此信号电源外，一般机组调速系统还通过

发电机出口的电压互感器取得信号）和给机组转速继电器供电。

永磁机以往多采用三相凸极式，即以永久磁钢作磁极旋转，体积很大。现广泛采用的单

相感应子式永磁机，体积很小。近来，也有的电厂以安装在大轴上的齿盘测速装置来代替永

磁机。新建电厂的机组则有取消永磁机的趋势。。

25.感应子式永磁机转子没有线圈也没有极性，为什么永磁机也能发出交流电?它是如

何反映机组转速的？

答：凡能变更线圈所耦合的磁通，都能使线圈产生感应电势，不一定要有旋转的线圈或

磁极。感应子式永磁发电机就是基于转子表面齿槽的存在而使定转子间的气隙磁导发生周期

性地变化而感应出交流电的。永磁机转子上没有绕组，只有带齿槽的铁芯，依靠齿槽的存在

使定转子气隙磁导发生周期性的变化，而定子绕组感应发电，所以转子也称为感应子。单相

感应子式发电机的电压波形与转子齿槽形状密切相关，因此只能是近似的正弦波。永磁机的

气隙磁通的运用率很低，只有其交变分量用来感应电势，而交变分量一般只占气隙磁通的

35%左右。

永磁机定子内部内置的永久磁钢为定、转子提供了恒定磁场，感应子转动过程中，当齿

部对着定子表面时，空气隙小而磁通大，当凹部对着定子表面时，空气隙大而磁通小，这样

磁通的交替变化，气隙中就产生了一个交变分量，交变分量的一个周期相称于一个转子齿距，

这交变分量就在定子绕组内感应出交流电势。也即转子的一个齿相称于凸极发电机的一对

f="°

极，其产生的频率为：60,式中：Z2为转子齿数，n为机组转速。由式中可见，只

要Z2选择得与机组发电机的磁机对数(P)相等，则永磁机的频率严格反映发电机组的转速变

化。这就是为什么从永磁机中提取频率信号的因素。

26.什么是发电机的轴电压和轴电流?轴电压产生的因素是什么?它对发电机的运营有何

危害？

答：发电机在转动过程中，只要有不平衡的磁通交链在转轴上，那么在发电机的转轴的

两端就会产生感应电势。这个感应电势就称为轴电压。当轴电压达成一定值时，通过轴承及

其底座等形成闭合回路产生电流，这个电流称为轴电流。为了消除轴电压通过轴承、机座与

基础等处形成的电流回路，防止轴电流烧坏瓦面，所以要将轴承座对地绝缘。为防止转轴形

成悬浮电位，同时转轴还要通过电刷接地。此电刷接地可与转子一点接地保护规定的“接地”

共用为一个。防止轴电压的重点在于防止轴电流的形成，轴承间只要不形成轴电流回路，则

不需对所有的轴承绝缘。

电磁轴电压重要可分为两部分，一是轴在旋转时切割不平衡

吸书

图2—3垂直轴向交链磁通产生

的轴电压和轴电流示意图

磁通而在转轴两端产生的轴电压，二是由于存在轴向漏磁通而在转轴两端产生的轴电压。导

致发电机磁场不平衡的因素重要有：①定、转子之间的气隙不均匀。②磁路不平衡。如

定子分瓣铁芯、定子铁芯线槽引起的磁通变化，极对数和定子铁芯扇形片接缝数目的关系等。

③制造、安装导致的磁路不均衡。此外分数槽绕组的电枢反映也会在转轴上产生轴电

压。图2-3为垂直轴向交链磁通产生的轴电压和轴电流示意图。

当轴承底座绝缘垫因油污、损坏或老化等因素失去绝缘性能时，则轴电压足以击穿轴与

轴承间的油膜而发生放电。放电会使润滑油的油质逐渐劣化，放电的电弧会使转轴颈和轴瓦

烧出麻点，严重者会导致事故。

27.什么是发电机的“调相运营”?

答：发电机的调相运营，是指发电机不发出有功功率，只用来向电网输送感性无功功率

的运营状态，从而起到调节系统无功、维持系统电压水平的作用。调相运营是使发电机工作

在电动机状态（即空转的同步电动机），发电机进相运营时消耗的有功功率可来自原动机也可

来自系统。发电机作调相运营时，既可过励磁运营也可欠励磁运营。过励磁运营时，发电机

发出感性无功功率；欠励磁运营时，发电机发出容性无功功率。一般作调相运营时均是指发

电机工作在过励磁即发出感性无功功率的状态。

水轮发电机远离负荷中心的，一般不考虑作调相运营。

28.什么是发电机的“进相运营”？对发电机有何影响?针对进相应对发电机作哪些检

查？

答：电力系统正常运营时，其负荷是呈感性的。发电机正常运营时，电压的相位是超前

电流的相位的，此时发电机向系统发出有功功率和感性的无功功率。假如发电机的运营中出

现电流的相位超前于电压的相位情况时，我们称此时发电机处在进相运营状态，此时发电机

向系统发出有功功率和吸取感性无功功率（或称发出容性的无功功率）。

当电力系统的无功功率过剩时，系统的电压就会升高，减少电压的措施之一就是让发电

机吸取系统过剩的无功让其运营在进相状态。吸取越多，则进相越深。一般情况下，发电机

在设计时也考虑了这种对发电机不利的运营情况，允许发电机作短时的进

相运营。

但不同的发电机在作进相运营时也许表现出较大的差异。发电机进相运营后，发电机端

部的漏磁比正常情况下有所增长，因而使端部的金属件发热、局部温度升高，同时端部振动

也增长。进相深度越大，端部温升越高。据实验实测，进相时定子铁芯端部最高温度发生在

铁芯齿顶处，另一方面是压指处，这与理论分析是一致的。

针对发电机进相特别是深度进相后，检修时应仔细检查定子绕组的上下端部，特别是铁

芯齿顶、线棒出槽口处和压指部分有无异常。发现问题应及时上报解决，不适宜再作进相运

营的发电机应申请停止。进相对发电机的不良影响比较复杂，也许需长期的运营才干发现问

题。.

29.为什么发电机停机采用电气制动?如何实现？

答：一般水轮发电机在停止转动的过程中，由于转速下降，导致发电机推力轴承的油膜

破坏会损坏轴承；因此，当转速下降到一定限度时，要采用机械制动的方式使发电机组尽快

停机，如顶起转子的风闸等。但对转动惯量很大的发电机组采用这种方式则比较困难，因此

引入了电气制动的方法。电气制动采用定子绕组三相对称短路、转子加励磁使定子绕组产生

额定电流大小的制动电流的方式，从而产生电磁制动力矩，实现电气制动，迅速停机。具体

方法是在发电机的出口侧安装三相短路开关，当发电机组转速下降到某一定值时，投入制动

开关，然后，电气制动的控制装置在励磁绕组投入由低压厂用电系统整流而来的励磁电流,

使定子产生的电气制动电流迅速上升至发电机的额定电流，使发电机工作在制动状态。制动

过程中，定子电流和转子电流均保持恒定，故制动力矩随转子转速的减少而增大。

正常停机制动可采用两种方式，一种方式是在发电机转速降至某一值，如50%〜60%

额定转速时，投入电气制动装置，经几分钟后机组全停；另一种方式是在发电机转速降至某

--值如50%〜60%额定转速时投入电气制动，转速降至5%〜10%的发电机额定转速时投入

机械制动，制动时间可缩短一些。

30.什么是发电机绝缘的在线监测?在线监测有哪些方法？

答：在线监测是区别于我们所熟悉的常规离线绝缘测试方法如介损、泄漏电流测试等，

而在发电机运营工作电压下对发电机绝缘进行的连续测量。目前发电机的绝缘在线监测重要

是发电机局部放电的在线监测•局部放电在线监测是在发电机内(或出线回路上)永久性地安

装传感器，这些传感器可以连接到某种便携式的局放测试仪，对局部放电进行定期监测，或

连接到某种固定式的局部放电监测系统进行连续监测。目前在线监测重要指后者。局部放电

与发电机定子绕组的绝缘状况密切相关。应用在线监测系统，可以对运营中的发电机连续地

进行局部放电监测。连续测取比离线监测能测取到更真实的反映发电机绝缘状况的数据。

发电机绝缘的在线监测方法按所取信号的种类可分为非电测法和电测法。

非电测法，是通过声学、特性气体等非电参量进行监测的方法。这些方法的优点是无需

测取电量，测量中不受电气干扰。缺陷是判断依据存在准确性方面的问题，也不能定量。重

要有：①超声波检测。局部放电同时产生声脉冲，其频谱约为10-1〃Hz,但其声信号非常

薄弱。超声波检测即将其声音信号转换为电信号后放大输出。②特性气体检测。如臭氧浓度

检测法，由于臭氧是发电机电晕的特性气体，通过对臭氧浓度的测试来判断发电机电晕的状

况。在国外省的机组中，在发电机风洞里就设立了臭氧(03)检测装置，以拟定发电机在运营

中的局部放电强度。目前，这种方式是作为局部放电电测法的一种补充方法。欧洲的一种观

点认为：与局放电测法相比，03检测能独自对发电机端部电晕进行定量评估。结合电测法,

是分析发电机局部放电最有效的办法。这种方法在国内还没有应用。③离子式过热诊断法。

初期在上世纪60年代国外就开始应用，这种方法是将发电机冷却用的循环氢气采样引入到

测定器内，运用发电机绝缘因局部放电后产生的热解离子，通过检测离子浓度的方法来检测

发电机的绝缘状态。这种方式应用很少。④气相色谱法。这种方法是从发电机中采集气体，

运用气相色谱分析法来推定采得的气体中的有机物成分，这种方式也只能由于氢气冷却的发

电机，根据循环氢气中的所含混合其他的成分和数量，来推断绝缘的状态。后两种化学方法

不适合水轮发电机使用。

电测法即在线监测发电机运营过程中局部放电的电量参数，如绝缘局部放电时产生的脉

冲电流(脉冲电流法，即ERA法)或局部放电时产生的电磁辐射波(无线电干扰电压法，即RIV

法)等。脉冲电流法可以根据局部放电的等效电路来校定视在放电电荷，相对检测灵敏度也

较高。目前脉冲电流法是发电机局部放电在线监测应用最重要的方法。

31.发电机局部放电在线监测电测法有哪些重要方法？

答：发电机局部放电在线监测，目前以电测法的脉冲电流法(ERA)为主流方法。根据检

测装置响应带宽，发电机绝缘的局部放电装置可分为窄带检测装置和宽带检测装置，目前的

检测设备普遍都采用宽带装置。

发电机在线局部放电监测的首要关键技术之一是如何取得故障信号•，也即根据传感器而

相应的检测技术。根据发电机的局部放电在线检测传感器的型式和布置，重要有以下几种监

测方法：

(1)发电机中性点耦合射频监测法。

其理论原理是：当发电机内任何部位产生局部放电时，都会产生频率很宽的电磁波，而

发电机内任何地方产生的相应的射频(RadioFrequency)电流会流过中性点接地线，因而局

部放电的传感器可以选择在中性点接地线上，从而提取局部放电的电磁信号•发电机主绝缘

上的局部放电可以看作是一个点信号源，由局部放电所引起的电磁扰动在空间内产生的电磁

波，由于发电机不同槽间电磁耦合比较弱，所以可以用传输线理论来分析脉冲在绕

组中的传播，叩绕组中的放电脉冲以一定的速度沿绕组传播。根据这种理论，在发电机中性

点处安装宽频电流互感器，就可以监测到局部放电高频放电波形，以监测发电机内部放电量

及放电量变化。

射频监测法运用宽频带的高频电流传感器从发电机定子绕组中性线上拾取高频放电信

号，以反映定子线圈内部放电现象。这种监测法的优点是中性线对地电位低，高频CT传感

器制作与安装相对容易；缺陷是由于信号衰减厉害，对信号解决技术规定较高。此外，不同

大小的发电机，其槽间的电磁耦合差异较大，并不都是可以忽略的，故传输线理论分析有很

大的误差，特别对槽数多的大型水轮发电机。

(2)便携式电容耦合监测法。

20世纪70年代加拿大研制的一种局部放电在线监测装置。监测放电信号时，将3个电

容(如每个375pF,25kV)搭接在发电机三相出线上，信号通过带通滤波器(如30kHz至1MHz)

引入示波器，并显示出放电信号的时域波形。这种方法在加拿大的一些电厂目前仍在应用。

它的缺陷是要依靠有经验的操作人员来区分外部干扰信号和内部放电信号。

(3)发电机出口母线上耦合电容器法。

传感器采用固定安装形式，在发电机出口母线上的每相安装一个电容耦合器和在发电机

中性点安装一个电容耦合器或高频电流传感器。其原理是安装于母线出口的电容耦合器用于

测取来自发电机定子绕组内部的局部放电脉冲信号，安装在中性点上的电容耦合器用于监测

现场的空间噪声，相应测试仪器为4通道的监测仪器。这种方法相应的测试仪，采用硬件和

软件等方法对现场重要影响局部放电测量的噪讯进行消除。如来自励磁的电刷产生的噪声是

通过系统分析软件进行消除；来自空间的噪讯通过天线接受，采用对比的方法进行消除。也

有的未采用中性点部位的传感器，而采用软件法消除噪声。其中一个缺陷是耦合电容位于发

电机高压侧，其自身的可靠性影响到机组的可靠性。这是目前应用比较多的一种方法，水轮

发电机和汽轮发电机均能使用，在欧洲应用较多。

(4)发电机出口母线上成对耦合电容器法。

这种方法的局部放电信号是通过安装在发电机定子绕组上各相汇流环或发电机出口母

线上的高压耦合电容器获取的，每相各有一对耦合电容器，每对耦合器的安装位置有一定的

空间距离，以便消除来自电机外部的干扰。

由于每相安装有一定空间距离的双传感器，运用放电脉冲信号和外界干扰信号到达两个

传感器的时延的不同，来消除随机脉冲型干扰信号，运用绕组内放电信号和外部噪声信号在

绕组中传播时具有不同特点来克制噪声，提取放电信号。同时，运用数字滤波、幅值鉴别、

动态阀值等软件解决方法滤除其他干扰。传感器耦合到的6路信号进入信号调理单元后，经

由多路开关选通其中一相相应的两路信号进行放大解决，然后进入采集卡，再由采集卡转化

为数字信号实行监控和数据解决。

这种监测法合用于水轮发电机，因水轮发电机相对体积大，便于耦合器安装。此法是以

成对耦合器上的两并联支路完全对称来消除干扰的，事实上使两支路参数完全对称是很难

的，因此应尽也许减少这种不对称或采用延时线进行补偿，以提高克制干扰的能力。另一缺

陷同上，即耦合电容的可靠性影响到机组的可靠性。北美的公司较多的采用了这种监测法。

(5)发电机定子槽耦合器法。

这种方法是直接在定子槽内安装耦合传感器SSC(StatorSlotCoupler),这种定子槽耦

合器是一种用于检测局放信号的“天线”，它装在靠近出口端的定子槽的槽楔下面。每个SSC

约50cm长、1.7mm厚，与定子槽等宽。定子槽耦合器在频率从10〜1000MHz范围内有相称

好的频率响应，因此它能检测到沿定子槽的高频信号比较真实的脉冲波形。

定子槽耦合器最先是为了能在大型汽轮发电机有效地检测到局部放电脉冲而提出的，它

的重要特点是对局部放电和电噪声能产生不同的脉冲响应。理论研究与实际测量表白，定子

绕组产生的局部放电脉冲约以1〜5ns宽的脉冲能被SSC检测出来，而所有的各种内部与外

部噪声则以大于20ns宽的脉冲形式被检测出来，这是由于噪声经绕组传播时，定子绕组起

了自然滤波的作用。脉冲宽度的这种明显差别使得它能很容易把定子局部放电和其他干扰噪

声区别开来。

这种方法合用于大型汽轮发电机使用，其优点是局部放电信号和噪声信号的区别能力

强，灵敏度在这几种方法中也最高；但此法规定在发电机绕组的槽楔下面埋设特制的SCC,

故在耦合器的制作与埋置方面成本很高，在多支路多槽数的水轮发电机的应用中受到限制。

(6)以埋置在定子槽里的电阻式测温元件导线作传感器的监测法。

这种方法是把埋置在定子槽里的某些电阻式测温元件(RTD)导线作为局部放电传感器，

而不需另装其他传感器。这种方法理论上与SSC法有相似之处，且运用预先埋置在定子某些

槽里的电阻式测温元件(RTD)导线作为放电传感器测量局部放电脉冲，对发电机回路不会带

来任何影响，附加成本低。这种局放传感器频率特性也较宽(约3-30MHz),便于将局放脉

冲与噪声脉冲区别开来。这种方法目前还处在探索实验阶段，应当说这是一个很有发展前景

的监测方式。

我国目前还没有颁布发电机局放在线检测的相关标准，IEEE在其2023年颁布的关于电

机局部放电监测的试用标准（IEEETrial—UseGuidet0theMeasurementofPartial

DischargesinRotatingMachinery）中重要推荐了采用电容耦合法与定子槽耦合法进行发电

机局部放电在线监测。

（二）发电机结构部分

32.什么是发电机定子绕组的主绝缘？

答：线棒是组成发电机定子绕组的基本构件，发电机定子绕组的主绝缘就是指发电机线

棒的绝缘。组成发电机线棒的各根股线（自带绝缘层的导线）通过编织、换位和胶化成型后，

然后整体连续包绕绝缘层，以某种工艺固化成型。这个绝缘层就是发电机定子绕组的主绝缘,

见图2-4。

以往发电机定子尚有所谓非连续绝缘，即线棒在定子槽部的直线段采用一种固化工艺成

型，而线棒端部采用其他的方式包绕绝缘，现已淘汰。

内均压层,

外衣防建层

相互绝缘的换位股导线

S2-4定子线棒局部剖析图

33.发电机使用什么类型的主绝缘材料?多胶带与少胶带有什么区别?主绝缘经历了哪些

发展过程？

答：发电机使用的主绝缘材料基本是云母制品，云母制品中重要成分是云母。发电机主

绝缘由云母、胶黏剂和补强材料这三部分构成。以前主绝缘采用天然的剥片云母，为了提高

原材料的性能和运用率，现广泛采用粉云母。粉云母厚度均匀，电气性能稳定，生产成本较

片云母低。

主绝缘的电气性能和机械性能在某种限度上取决于主绝缘的固化工艺和参数，而其固化

的工艺参数又是由绝缘带内所含的黏接胶剂决定的。根据绝缘带内的黏接胶的含量，目前主

绝缘用的云母带可分为多胶粉云母带（含胶量为32%〜40%）和少胶粉云母带（6%〜8%）。

两者的绝缘固化成型工艺有很大的区别，其固化工艺根据胶的含量有液压和模压的方式。

大型发电机的绝缘，欧洲在192023,就采用了虫胶云母箔卷烘绝缘；1930开始使用以

沥青及其复合物取代虫胶作为云母的胶黏剂；1954年开始使用以环氧树脂为胶黏剂的多胶

云母带。我国于1966年第一台采用环氧粉云母绝缘的发电机是盐锅峡1号机（当时仅采用了

1/4瓣定子线棒），直到80年代才开发和应用了电气强度和机械强度都较高的高云母含量

的F级环氧粉云母带。

虫胶云母箔卷烘绝缘采用天然虫胶作云母的黏接剂，热压成型，未经真空解决，虫胶溶

剂挥发后，则绝缘内会残留空隙。沥青浸渍云母绝缘以剥片云母为基，以沥青作云母的黏接

剂。沥青胶密实性较好，但使用年限长后易干枯龟裂，内部游离腐蚀严重.从过去解剖退下

来的旧线棒可见，绝缘层脱壳且间隙较大，有的大的间隙甚至可以塞进钢板尺。这两种绝缘

基本上已不再用于发电机绝缘。

在高压电机绝缘的发展过程中，曾采用过其他的材料来代替云母材料，但未能取得成功。

目前大型发电机主绝缘材料普遍使用环氧玻璃粉云母带，以粉云母为基料，补强材料为玻璃

布或涤纶纤维毡，黏合剂为环氧树脂黏接剂体系，耐热等级多为B、F级。现在主绝缘的特

点是以热固性黏合剂取代以往使用的沥青漆和虫胶，以玻璃布代替以往的云母带纸或电话纸

作衬垫补强材料，以粉云母代替片云母。与以往的纸带作衬垫补强材料相比，玻璃纤维的耐

热性更好，以玻璃纤维织物作补强材料•，使绝缘的耐热性和机械性能都得到了改善。用于云

母制品的胶黏剂的发展重要经历了有虫胶漆、沥青漆、醇酸漆、环氧桐油酸酎胶、环氧聚酯

漆及有机硅漆等。绝缘结构上的改善，使新型绝缘比以往的绝缘具有更优异的性能。虽然云

母绝缘制品中的重要成分是云母，但在整个绝缘构成中，胶黏剂是影响绝缘带电气、机械性

能和质量的重要因素，还决定云母绝缘的耐热等级，此外，还取决于主绝缘的固化成型工艺。

定子绕组主绝缘的固化成型是一种高分子物质在高温高压状态下聚合反映的复杂过程，其加

工质量与温度、时间、压力的准确控制及其有机结合密切相关，固化工艺也是各厂家的质量

保证所在。目前主绝缘所采用的少胶和多胶绝缘带仍是两条平行的绝缘工艺路线。

34.什么是线棒绝缘的少胶VPI工艺?其应用情况如何？

答：VPI即“真空压力浸渍(vacuum—pressureimpregnation)"之意，是针对少胶云

母带作主绝缘的一种使线棒绝缘固化成型的工艺，这种绝缘固化工艺从上世纪40年代起即

开始使用。少胶VPI工艺线棒绝缘成型是在线棒上连续包绕少胶云母带完毕后，在专用容器

内通过抽真空将线棒绝缘层间的空气排除，用高压将无溶剂浸渍树脂注入绝缘层中，再置于

模具中通过高温固化使绝缘成为一个整体。少胶VPI绝缘成型工艺的特点是生产效率高，

绝缘的整体性能好，绝缘层问可以基本做到无气隙，因而绝缘内部的气体游离放电、电晕和

发热较小，绝缘寿命好；但其生产设备价格昂贵、工艺复杂。

国外采用该绝缘工艺的厂家较多，到目前为止，已应用在额定电压为27kV的汽轮发电

机组和额定电压为20kV的水轮发电机组上。国内有的厂家也开始使用VPI工艺。

35.线棒主绝缘的多胶固化工艺有哪些?其应用情况如何？

答：多胶固化工艺是针对采用多胶云母带作主绝缘的一种使线棒绝缘成型的固化工艺。

多胶连续绝缘的固化又分为多胶真空模压和多胶液压工艺，这种工艺对生产工艺和设备规定

较低，在上世纪50年代已开始应用。

线棒多胶带真空模压成型工艺，是在线棒上连续包绕多胶云母带完毕后，采用真空干燥

除去绝缘层和云母带中的空气、挥发成分，再置于模具中加热、加压，使云母带中多余的树

脂流动，填充绝缘层中的空隙，树脂固化后，绝缘层中基本无空隙。这种方法可将半导体防

晕层一次模压完毕，即将防晕层与主绝缘同时包扎后一起固化，使得防晕层与主绝缘黏接为

无气隙的整体，有效提高防晕效果。多胶模压方法虽然应用压模较多，生产效率较低，但线

棒形状是最佳的。更低一些电压等级的电机线圈，直接加热模压，不用抽真空解决。

线棒多胶液压成型工艺，是在线棒上连续包绕多胶云母带后，将线棒送入专用液压罐，

通过真空干燥解决后，以沥青为介质加温加压使绝缘固化成为一个整体。但这种工艺的线棒

几何尺寸不如模压线棒精确。

国外使用多胶液压成型工艺的厂家也有不少，目前已应用于额定电压为24kV的发电机

上。

国内生产厂家目前在大型发电机组上基本采用多胶连续绝缘和多胶热模压绝缘成型工

艺。采用多胶绝缘热模压工艺生产并已投运的汽轮发电机最高额定电压达成22kV,水轮发

电机最高额定电压达成20kVo

36.什么皂黑绝缘?什么是黄绝缘？

答：黑绝缘是以前发电机定子绕组主绝缘采用沥青云母绝缘的俗称，而黄绝缘是主绝缘采

用环氧玻璃粉云母绝缘的俗称。目前，黑绝缘已经淘汰，黄绝缘广泛用于B级和F级发电机

绝缘。

37.条形定子线棒由哪些部分组成？

答：定子波绕组条形线棒由多股铜导线和主绝缘构成，线棒的两端设有连接接头。水内

冷机组的线棒内部尚有空心导线或空心不锈钢冷却水管。其中，编织导线自身也是自带绝缘

的导线，导线绝缘材料涉及股间绝缘材料、排间绝缘材料、换位绝缘材料、换位填充材料等,

此外在主绝缘包绕前，尚有导线外表均匀电场分布的内均压层材料等。定子线棒局部剖析图

见图2-4。

38.什么是线棒的内均压层?其作用是什么？

答：线棒的内均压层是在线棒各股线编制组合并胶合成为一体后，在主绝缘包绕前，进

行的半导体均压解决层。线棒内均压层的作用与高压电力电缆的内屏蔽层的作用类似。电缆

内屏蔽的作用是使导体与绝缘层良好接触，消除导体表面因不光滑引起的局部电场畸变。

内均压层的作用重要有两个：一是均匀导体外部电场，并消除主绝缘与导体间的气隙；

二是相称于加大了导线的圆角半径，可以改善角部电场分布，起到减少最大电场强度的目的。

内均压层结构上有涂刷半导体漆（胶）或包绕半导体带的方式。因此，这种线棒假如在现

场作局部修理时，应注意保持其结构上的完整性。

39.什么是涡流?什么是集肤效应?发电机线棒如何克服涡

流和集肤效应？

答：当交流电流通过导线时，在导线周边产生交变的磁场。处在交变磁场中的整块导体

的内部会产生感应电流，由于这种感应电流在整块导体内部自成闭合回路，形似水的旋涡，

所以称做涡流。由于金属导体电阻很小，因此这种感生电流很大，导致发热损耗。

在直流电路内，均匀导线的横截面上的电流密度是均匀的，而当交流电通过导线时，由

于交变磁场的作用，在导线截面上各处电流分布不均匀，中心处电流密度小，而越靠近表面

电流密度越大，这种电流分布不均匀的现象称为集肤效应（也称趋肤效应）。集肤效应的因素

也是由于涡流的存在。交流电的频率越高，则集肤效应越严重。此外集肤效应也使得线棒内

部的导线载流能力下降。

发电机的线棒截面都比较大，涡流和集肤效应都会使线棒导致严重的发热，所以克服发

电机线棒发热的办法是将线棒内的导体设计成由若干股互相绝缘的细小导线并联组成。如某

发电机其设计的支路电流为2023A,其每根线棒由44股2.5X8mm规格的双玻璃丝包线并

联并经换位编织而成。

40.什么是循环电流?发电机线棒如何克服循环电流引起的损耗？

答：定子绕组的线棒是由多股互相绝缘的导线组成的，线棒放置在线槽中，由于每根导

线所处的位置不同样，则其所交链的磁通也不同样，故感应的电势也不同样。由于组成线棒

的各根股线在线棒两端是并联在一起的，因而会在单根线棒内产生环流，引起附加的发热和

损耗，这个环流称为循环电流。由循环电流引起的附加损耗比集肤效应产生的附加损耗大得

多。因此，发电机线棒通过内部导线换位来减少这种由循环电流引起的损耗。

41.什么是换位?什么是“罗贝尔线棒”？

答：所谓“换位”，即线棒内部的多根股导线在线棒直线段进行交叉换位，通过导线空间

位置的改变，使各股线交链的磁通尽也许均衡，产生基本相等的感应电势，以消除线棒内的

内部环流，减少线棒损耗。可见，组成线棒的每根股导线并不是与线棒长度等长的直线，而

是略长，因要在线棒直线段进行编织换位。这种进行了编织换位的线棒称为罗贝尔线棒，也

即编织线棒（典型的罗贝尔线棒编织接线见图2-5）。目前，大容量的发电机均采用这种线棒。

罗贝尔换位的标准定义是：组成线棒的股线排成两列，各股线在铁芯全长范围内依次以

相同的间隔两次由一列跨越到另一列，并按一定的规律加以编织使每一线股占据两列中的所

有垂直位置。

图2.5典型的罗贝尔线棒编织援线

在水内冷的发电机线棒中，线棒内带有冷却水管，基于同样的道理，无论这些水管是否

参与导电，也需要与实心导线同样进行编织换位。

42.线棒有哪些换位方式?各有什么特点？

答：一般比较传统而常用的是360°换位，即线棒内的每根导线通过槽部直线段进行编织

旋绕换位后，在线棒直线段的另一端回到换位前相同的位置。3600换位方式在线棒端部没

有换位。由于定子绕组端部漏磁通的关系，端部各股线处在电机端部磁场的不同空间位置，

也将感应不同的电势，导致各股线感应电势不平衡。各股线内仍有环流流过，引起端部附加

损耗增长。因此，为解决这个问题，又有了其他的不同角度的换位，根据导线编织换位后的

空间角度，尚有540。、312。、360°加直线段空换位等换位方式。如根据一些电厂的实验

表白，312°、329°等不完全换位就优于360~换位。这种不完全换位运用各股线在槽部感

应电势的差异来抵消端部漏磁场在线棒端部所感应的不同电势，从而使线棒各股线问的环流

减少，以减小线棒端部损耗；但线棒的绕制工艺相对比较复杂。540°换位就是在线棒除在

直线段360。换位后还在线棒端部继续换位或槽部540。换位而两端部不换位。线棒内股导

线各种换位方式示意图见图2-6。

图2—6线棒内股导线各种换位方式，下意图

水轮发电机一般多采用360°（或小于360°）的换位，汽轮发电机多采用540。换位。

43.绝缘材料的耐热等级如何分类?发电机使用什么等级的绝缘？

答：影响绝缘材料使用寿命的因素有很多，其中使用温度的影响最大。因此，各种绝缘

材料都有一定的极限使用温度，即在此温度下长期使用时，绝缘材料的物理、机械、化学和

电气性能不发生显著恶性变化，如超过此温度，则绝缘材料的性能发生质变，或引起快速老

化。因此，绝缘材料最高允许工作温度是根据它的经济使用寿命拟定的。目前绝缘材料的使

用温度共分9级（以前分为7级），我国和国外的绝缘材料耐热等级分类都是一致的。

表2—1绝缘材料的使用温度分级

耐热等级YAEBFH200220250

使用极限温度七901()5120130150180200220250

现发电机绝缘多使用B级、F级绝缘，电动机多使用E级、B级绝缘。

44.什么是发电机的温升和温升限度?实际运营中如何拟定温升？

答：电气设备的标准中，对绝缘材料的耐热通常规定的是温升而不是温度。温升是指某

一点的温度与参考（或基准）温度之差，显然，温升反映了设备自身的发热特点。在电机中一

般都采用温升作为衡量电机发热的标志，由于电机的功率是与•定温升相相应的。因此，只

有拟定了温升限度才干使电机的额定功率获得确切的意义。发电机的温升即是指发电机某部

件与周边冷却介质温度之差，称该部件的温升。发电机的温升限度是指发电机在额定负载下

长期运营达成热稳定状态时，发电机各部件温升的允许极限。电机温升限度，在国家标准《旋

转电机定额和性能》（GB755—2023）中有明确的规定。

如B级绝缘空气冷却的发电机绕组，其极限温度为130℃,考虑其风冷器的出口风温为

40℃,则发电机绕组的最大允许温升是为85K。但在实际运营中，检温计所测出的最高温却

并不一定就是整个发电机绕组绝缘的最高温度，一方面检温计也许存在误差，另一方面考虑

到发电机各部位的发热不均匀和一定的可靠性，电厂实际运营中所控制的温升还要低一些，

如70Ko

45.发电机有哪些防晕材料？

答：（D防电晕漆。防电晕漆是防电晕的重要材料，按其电阻值高低可分为低阻、中阻、

高阻漆。按漆基不同可分为醇酸防晕漆、环氧防晕漆，前者目前已淘汰。防晕漆由漆基、导

电材料、填料、溶剂混合经球磨后过滤而成。在使用前加入干燥剂，以适量溶剂调整黏度,

再搅拌均匀。一般规定防晕漆的黏结性好、漆的固体含量不于50%、表面电阻率符合规定,

低阻漆表面电阻率应为10：'〜IX10塾；高阻漆表面电阻率应为IXIO'〜1X10',非线性

高阻漆还要规定阻值能随场强变化。

(2)防晕带。分为低阻带和高阻带，低叭带重要有含铁石棉带和浸半导体低阻漆的无碱璃

纤维带。铁质石棉带由石棉纤维纱编织而成；低阻带用于线棒线槽部分。高阻带采用浸半导

体高阻漆的无碱玻璃纤维带制成，用于线棒端部部分。

(3)低阻材料。重要有乙快黑，它是气态、液态或固态有机物不完全燃烧时析出的碳，

用作防电晕漆的导电基。此外尚有石墨，它是碳的一种结晶体。

(4)高阻材料。重要是碳化硅，用于配制高阻非线性漆。碳化硅具有非线形电阻特性，

其电阻率随外施场强下降，也即具有调节场强的能力，使槽口外端部线棒表面电位均匀分布。

对于端部采用的碳化硅涂层，中电阻采用320〜400目碳化硅配制，高电阻采用1600~1800

目碳化硅配制。

(5)半导体槽衬材料。半导体布、纸如半导体聚脂无纺布等；半导体硅橡胶、橡皮；半

导体玻璃布板；现场配制的半导体适形毡、半导体胶等。各厂家的材料区别较大。

46.定子线棒的防晕结构是如何的？

答：根据发电机绕组电晕的特点，发电机线棒的防晕结构采用的都是直线段防晕和端部

防晕相结合的方式,具体的结构和尺寸因厂家而异，各厂家都采用了不同的材料和防晕方式。

尚有重要的一点是，线棒的防晕结构是和线棒在槽内的固定方式密切相关的。线棒防晕结构

示意图见图2-7(图中高阻防晕保护区的厚度为夸大画出)；线棒外表防晕层见图2-8。

(1)线棒直线段部分(即线棒与铁芯线槽相接触的部分)防晕晕。这个直线段的长度比铁

2-7线棒防晕结构示意图

图2—8线棒外表防晕层

芯线槽长度略长，需进行低阻防晕解决，重要是采用低阻防晕带和低阻防晕漆(半导体槽衬

结构是配合线棒进行解决的)进行防护。

(2)线棒端部防晕。线棒上下端部防晕是指线棒出线槽后(低阻区结束)的一段经R弯部

到线棒端部斜边这一部分进行防晕解决，端部为高阻防晕段，高阻区与低阻区尚有一小段高

低搭接区。端部防晕也是采用防晕带和防晕漆。不同的厂家其线棒防晕结构在直线低阻区差

别不大，但在端部材料的使用上有较大的区别。有的运用碳化硅的非线形特点采用单级防晕

或多级防晕结构，也有的使用多种端部防晕漆多级结构。目前也有厂家对自高低阻搭接区直

至线棒电接头部分的所有端部进行高阻防晕解决。

47.定子线棒的防晕解决有哪些方式？

答：常用的方式有刷包型、涂敷型和随线棒主绝缘一次成型等。

(1)刷包型防电晕解决。线棒主绝缘压型固化完毕后，线棒经修饰尺寸，线棒表面刷防晕

漆，干后平包低阻石棉带或半迭包低阻无碱玻璃纤维带，再刷防晕漆。

(2)一次成型防电晕解决。在包完主绝缘后，在槽部和端部主绝缘外面分别包低电阻防

晕带和高电阻防晕带，同时在高电阻防晕带外面加包一定层数的附加绝缘(附加绝缘材料与

主绝缘材料相同，层数与定子电压等级有关，但也有的厂家工艺不采用附

加绝缘)。然后防晕层、主绝缘一起放人模具中一次热压成型。

(3)涂敷型防电晕解决。线棒在主绝缘固化成型后，在线棒表面涂敷高低电阻防晕漆。

国外一些厂家采用涂敷型防电晕解决，结合半导体槽衬结构使用。

48.什么是定子端部整体防晕?

答：定子端部线棒的防晕为高阻区域，但是，一般高阻防晕层只从线棒直线段低阻防晕

层搭接开始到线棒端部斜边的某一尺寸止，即属于区域防晕。所谓定子端部整体防晕结构，

是将高阻防晕区域扩大到定子整个端部，即端部的线棒部分、口部垫块、

斜边垫块（及其适形毡）、端箍等均喷涂高阻半导体漆（或其浸渍带、毡），有的连定子汇流环

也采用了同样的工艺。这种结构能更有效地防止端部电晕和端部异相间的电晕，是目前为止

对端部防晕考虑得比较周详的一种方式。

49.水内冷定子线棒内的导线有哪些构成方式?各有什么特点？