300 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈斷線(xiàn)故障的分析與處理

王會(huì)勤，何朝暉

（浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325602）

300 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈斷線(xiàn)故障的分析與處理

王會(huì)勤，何朝暉

（浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325602）

某300 MW發(fā)電機(jī)組在A修期間，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻異常，采用不同角度下測(cè)量轉(zhuǎn)子直流電阻的方法確認(rèn)了轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈故障。簡(jiǎn)要介紹了線(xiàn)圈的修復(fù)過(guò)程，依據(jù)轉(zhuǎn)子解體后觀(guān)測(cè)到的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出了可能產(chǎn)生的原因，以便進(jìn)一步的探討與研究。

發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子；線(xiàn)圈；斷線(xiàn)；分析；修復(fù)

1 概況

某發(fā)電廠(chǎng)4號(hào)發(fā)電機(jī)系上海汽輪發(fā)電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)，型號(hào)為 QFSN2-300-2，額定有功功率300 MW，額定定子電壓20 kV，無(wú)刷勵(lì)磁，冷卻方式為水氫氫，于2001年9月投入商業(yè)運(yùn)行。2009年11月，4號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行投運(yùn)以來(lái)的第二次A級(jí)檢修，修前機(jī)組的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常。

4號(hào)發(fā)電機(jī)解體后，在抽轉(zhuǎn)子前對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行膛內(nèi)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗(yàn)正常，與歷次試驗(yàn)值比較無(wú)明顯變化。但直流電阻的測(cè)試值偏大，為145 mΩ（環(huán)境溫度為21℃），換算到15℃時(shí)直流電阻值為141.6 mΩ（以下直流電阻數(shù)據(jù)均為換算值），與出廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)值、交接試驗(yàn)值及上次A修試驗(yàn)值相比，均有大幅增加（見(jiàn)表1）。

測(cè)試結(jié)果大大超過(guò)了DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求，即“所測(cè)結(jié)果與出廠(chǎng)時(shí)測(cè)量值相比較，兩者之間的差值不應(yīng)超過(guò)出廠(chǎng)測(cè)量值的2%”。根據(jù)以上情況，初步認(rèn)為轉(zhuǎn)子導(dǎo)電螺桿可能接觸不良引起直流電阻的測(cè)試值偏大。

表1 直流電阻值的比較

2 轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈斷線(xiàn)的診斷試驗(yàn)

在發(fā)電機(jī)抽出轉(zhuǎn)子后，按照標(biāo)準(zhǔn)工藝對(duì)轉(zhuǎn)子的兩側(cè)導(dǎo)電螺桿重新進(jìn)行拆裝，測(cè)量轉(zhuǎn)子的直流電阻為114.42 mΩ，與出廠(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)值比較增大了22.77%，仍然超過(guò)規(guī)程規(guī)定。

再次拆除轉(zhuǎn)子的兩側(cè)導(dǎo)電螺桿，同時(shí)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，采用幾種不同型號(hào)的直流電阻測(cè)試儀器和QJ44雙臂電橋，在轉(zhuǎn)子不同角度下，對(duì)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈兩端直接進(jìn)行測(cè)量，并經(jīng)多次反復(fù)試驗(yàn)，排除測(cè)量誤差后的試驗(yàn)結(jié)果均不合格。測(cè)試結(jié)果轉(zhuǎn)子的直流電阻均大于107 mΩ，比標(biāo)準(zhǔn)值至少增大15%，大大超過(guò)了規(guī)程“不大于±2%”的要求，見(jiàn)表2。

表2中轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈直流電阻值表明，轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)角下的轉(zhuǎn)子直流電阻是一個(gè)變量。轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈沒(méi)有斷線(xiàn)時(shí)，電阻值為一定量，如果斷線(xiàn)則由于轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈在不同轉(zhuǎn)角時(shí)，斷線(xiàn)部位受力不同，使其阻值也相應(yīng)發(fā)生變化。由此可以判斷轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈可能存在斷線(xiàn)故障。分析認(rèn)為轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部存在接觸不良或部分軟連接銅片斷裂的可能性較大，決定進(jìn)行返廠(chǎng)檢查處理。

表2 轉(zhuǎn)子不同角度下直流電阻值

3 轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈故障情況與修復(fù)處理

4號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)返廠(chǎng)家后，進(jìn)行了檢測(cè)和檢查：轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻＞100 mΩ，直流電阻122 mΩ，仍然超標(biāo)；轉(zhuǎn)子兩極平衡試驗(yàn)，分別為95.8 V，103.9 V，兩極不平衡；轉(zhuǎn)子月亮槽槽口有過(guò)熱、油漆脫落現(xiàn)象。

拉開(kāi)轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)大護(hù)環(huán)后，檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)線(xiàn)圈有多處接頭脫焊現(xiàn)象，見(jiàn)圖1，2，護(hù)環(huán)內(nèi)部分槽楔與絕緣件有過(guò)熱現(xiàn)象，見(jiàn)圖3。

圖1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)線(xiàn)圈8號(hào)槽內(nèi)層聯(lián)接頭脫焊

根據(jù)轉(zhuǎn)子勵(lì)端檢查情況，初步分析整個(gè)轉(zhuǎn)子繞組有過(guò)熱現(xiàn)象。在拆除聯(lián)軸器和汽側(cè)大護(hù)環(huán)后，對(duì)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈進(jìn)行解體，檢查了所有槽內(nèi)線(xiàn)圈的表層部分，發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)通風(fēng)孔處局部存在過(guò)熱痕跡。檢查所有線(xiàn)圈的層間和匝間絕緣墊，未發(fā)現(xiàn)有發(fā)熱跡象。在轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈解體過(guò)程中發(fā)現(xiàn)除了表面幾個(gè)接頭脫焊以外，還發(fā)現(xiàn)28處接頭脫焊。

圖2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)線(xiàn)圈8號(hào)槽外層聯(lián)接頭脫焊

圖3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)線(xiàn)圈表面有過(guò)熱現(xiàn)象

至此，完全確定了4號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈存在的重大缺陷，也證明了試驗(yàn)和判斷的準(zhǔn)確性。

根據(jù)上述檢查結(jié)果，為使轉(zhuǎn)子修復(fù)后能達(dá)到原設(shè)計(jì)要求，確保安全可靠運(yùn)行，并考慮到轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈大量的、普遍性的缺陷。決定對(duì)轉(zhuǎn)子繞組線(xiàn)圈進(jìn)行整體更新處理。

（1）更換槽絕緣及槽底墊條，轉(zhuǎn)軸清理并進(jìn)行全軸探傷，轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)、風(fēng)葉及聯(lián)軸器進(jìn)行清理并探傷等，更換護(hù)環(huán)絕緣。

（2）按新機(jī)工藝要求進(jìn)行重新嵌線(xiàn)，并進(jìn)行相應(yīng)的電氣試驗(yàn)及氣密試驗(yàn)。

（3）轉(zhuǎn)子修復(fù)后，進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡超速試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速為3 450 r/min，熱運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)行通風(fēng)試驗(yàn)，并進(jìn)行平衡校調(diào)。

轉(zhuǎn)子修復(fù)后，在穿轉(zhuǎn)子前進(jìn)行了相關(guān)的轉(zhuǎn)子直流電阻及交流阻抗試驗(yàn)。結(jié)合機(jī)組的整體啟動(dòng)試驗(yàn)，按A修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的啟動(dòng)試驗(yàn)，4號(hào)機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

4 轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈斷線(xiàn)的原因分析

4.1 負(fù)序電流的影響

根據(jù)轉(zhuǎn)子月亮槽槽口有過(guò)熱、油漆脫落現(xiàn)象及護(hù)環(huán)內(nèi)槽楔與絕緣件有過(guò)熱的現(xiàn)象，有分析認(rèn)為在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，定子中存在負(fù)序電流，引起轉(zhuǎn)子的負(fù)序渦流發(fā)熱，轉(zhuǎn)子可能出現(xiàn)局部的高溫。負(fù)序電流引起的電磁力與熱應(yīng)力使轉(zhuǎn)子端部線(xiàn)圈焊接頭脫焊，但定子中負(fù)序電流產(chǎn)生的渦流主要對(duì)轉(zhuǎn)子表層線(xiàn)圈產(chǎn)生影響，不可能對(duì)轉(zhuǎn)子的內(nèi)層接頭產(chǎn)生影響；護(hù)環(huán)內(nèi)槽楔與絕緣件有過(guò)熱現(xiàn)象則可能是由于加熱護(hù)環(huán)的工藝所致，可見(jiàn)負(fù)序電流致使轉(zhuǎn)子脫焊的觀(guān)點(diǎn)缺乏事實(shí)依據(jù)。

4.2 轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈內(nèi)部力的作用

轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈在運(yùn)行中高速旋轉(zhuǎn)，具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，線(xiàn)圈所受的離心力和張力都較大。如果線(xiàn)圈的焊接口存在工藝質(zhì)量欠缺，經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，就有可能造成脫焊，接頭脫焊開(kāi)裂后引起局部過(guò)熱。就轉(zhuǎn)子繞組線(xiàn)匝來(lái)看，護(hù)環(huán)內(nèi)側(cè)端部的轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈剛性最差，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)下所受離心力、擠壓應(yīng)力、溫度應(yīng)力、高頻應(yīng)力又最大。而轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈的所有接頭都集中在兩側(cè)的護(hù)環(huán)內(nèi)，兩側(cè)護(hù)環(huán)部位的銅導(dǎo)線(xiàn)僅有絕緣筒套緊，銅導(dǎo)線(xiàn)與絕緣筒套之間以及絕緣筒套與護(hù)環(huán)之間都有一定的間隙存在，因此兩側(cè)護(hù)環(huán)部位的銅導(dǎo)線(xiàn)存在一定的變形空間，同時(shí)在電、熱和機(jī)械等應(yīng)力綜合作用下，端部的銅導(dǎo)線(xiàn)受到較大的彎曲應(yīng)力，線(xiàn)圈端部線(xiàn)匝產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲變形、位移，致使焊接點(diǎn)和連接處斷裂、磨損或松動(dòng)，最后導(dǎo)致斷裂。

綜合上述分析，筆者認(rèn)為4號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子斷線(xiàn)故障原因是由于制造工藝中存在焊接缺陷的可能性最大。廠(chǎng)家的焊接質(zhì)量?jī)H靠操作人員目視檢查。焊接質(zhì)量不佳引起部份參數(shù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在運(yùn)行中無(wú)法承受離心力、張力及熱應(yīng)力的作用，最終形成斷線(xiàn)。

5 結(jié)論

（1）轉(zhuǎn)子的直流電阻測(cè)試作為轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈是否有異常的基本檢查方法，在機(jī)組檢修時(shí)宜作為發(fā)電機(jī)修前試驗(yàn)項(xiàng)目。

（2）轉(zhuǎn)子在不同角度下的直流電阻測(cè)試可以消除導(dǎo)電螺桿接觸電阻帶來(lái)的干擾，是判斷線(xiàn)圈是否斷線(xiàn)的重要手段，能及早發(fā)現(xiàn)故障，為后期檢修工作留下時(shí)間。

（3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈脫焊、斷線(xiàn)的成因復(fù)雜，焊接質(zhì)量不良是形成轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈斷線(xiàn)的主要原因，而其他可能形成這一缺陷的因素，還有待于進(jìn)一步的研究與探討。

[1]陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)[M].北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[2]DL/T 596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

（本文編輯：楊 勇）

Analysis and Treatment of Disconnection Faults of 300 MW Generator Rotor Coil

WANG Hui-qin，HE Chao-hui

（Zheneng Wenzhou Power Generation Co.Ltd.,Wenzhou Zhejiang 325602,China）

The DC resistance abnormities of rotor coil of a 300 MW unit were detected through test during overhaul.The faults of rotor coil were identified by measuring the DC resistance with angle deviations.This paper introduces the repairing process of the coil，analyzes the observed faults after the disassembly of the rotor and puts forward the possible reasons for further discussion and study.

generator；rotor；coil；disconnection；analysis；repair

TM307

B

1007-1881（2010）09-0036-03

2010-07-09

王會(huì)勤（1967-），男，浙江溫州人，工程師，長(zhǎng)期從事發(fā)電廠(chǎng)電氣設(shè)備管理工作。