發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)位置查找

劉忠義，李今哲，崔 明，宋新杰，劉 德

（1.吉林電力股份有限公司渾江發(fā)電公司，吉林 白山 134302；2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；3.吉林兩江水力發(fā)電股份有限公司，吉林 安圖 133611；4.華能九臺(tái)電廠(chǎng)，吉林 九臺(tái) 130500）

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直流電阻的測(cè)量，是檢驗(yàn)轉(zhuǎn)子繞組各接頭部位焊接質(zhì)量和接觸情況及轉(zhuǎn)子繞組與導(dǎo)電螺釘接觸狀況的重要環(huán)節(jié)，是決定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能否投入運(yùn)行主要參數(shù)之一?，F(xiàn)場(chǎng)2臺(tái)發(fā)電機(jī)在靜態(tài)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻合格，溫度換算到75℃時(shí)電阻值與歷次試驗(yàn)結(jié)果相比沒(méi)有變化，但在啟機(jī)零起升壓過(guò)程中，測(cè)量集電環(huán)兩端電壓正常，轉(zhuǎn)子無(wú)電流，定子繞組無(wú)感應(yīng)電壓。在排除發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路和外部回路異常的情況下，用科學(xué)有效的方法判斷轉(zhuǎn)子繞組是否發(fā)生了動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)故障，并正確判斷出斷線(xiàn)位置，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)和檢修意義重大。

1 動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)判斷

1.1 萬(wàn)用表導(dǎo)通法

拆開(kāi)轉(zhuǎn)子集電環(huán)上的勵(lì)磁碳刷，使集電環(huán)與勵(lì)磁回路全部斷開(kāi)，將發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速緩慢升起，在集電環(huán)兩端用銅碳刷通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接萬(wàn)用表表筆，測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組回路電阻，發(fā)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下（500r／min左右），萬(wàn)用表指示導(dǎo)通，說(shuō)明在這個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)下轉(zhuǎn)子繞組回路未發(fā)生斷線(xiàn)；當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到某個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，萬(wàn)用表指示突然無(wú)窮大，說(shuō)明在這個(gè)轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子繞組回路發(fā)生了斷線(xiàn)故障。為排除轉(zhuǎn)子繞組剩磁影響萬(wàn)用表指示準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)過(guò)程中將萬(wàn)用表表筆對(duì)調(diào)再測(cè)量一次，如果萬(wàn)用表指示無(wú)窮大，說(shuō)明轉(zhuǎn)子繞組剩磁對(duì)萬(wàn)用表的測(cè)量結(jié)果無(wú)影響。

1.2 導(dǎo)通燈熄滅法

試驗(yàn)前測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和勵(lì)磁側(cè)軸瓦座的絕緣電阻，絕緣電阻值應(yīng)符合DL／T 596—2005《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求。在發(fā)電機(jī)靜態(tài)時(shí)，選用交流電壓為36V 行燈變壓器，行燈變壓器輸出端接入到集電環(huán)兩端的一個(gè)碳刷上，并在回路中串入36V 白熾燈。此時(shí)將發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到某個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，白熾燈突然熄滅，說(shuō)明轉(zhuǎn)子繞組在這個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)下發(fā)生了動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)故障。這種試驗(yàn)方法簡(jiǎn)單、直觀(guān)，可以排除其他一切干擾因素的影響，能準(zhǔn)確地判斷轉(zhuǎn)子繞組是否發(fā)生動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)故障。通過(guò)2臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)表明，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1 500r／min左右時(shí)，白熾燈突然熄滅，其轉(zhuǎn)子繞組都發(fā)生了動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)故障。

2 斷線(xiàn)位置查找

2.1 分布參數(shù)法

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在交流電壓作用下，轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部沿導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度分布電容、電阻、電抗等分布參數(shù)，這些分布參數(shù)隨導(dǎo)線(xiàn)的增長(zhǎng)成比例增加。利用這個(gè)理論可以通過(guò)一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)點(diǎn)的位置。在轉(zhuǎn)子繞組通入交流電壓之前，要了解轉(zhuǎn)子繞組線(xiàn)圈的繞制方法、轉(zhuǎn)子繞組線(xiàn)圈在每槽內(nèi)的長(zhǎng)度均等程度、每匝之間的絕緣介子的材質(zhì)是否相同，填充是否均勻。轉(zhuǎn)子繞組在交流電壓下的電容分布見(jiàn)圖1。

圖1 轉(zhuǎn)子繞組電容分布示意圖

圖1中C1為繞組對(duì)鐵心及匝間兩相對(duì)面之間的分布電容，C2為轉(zhuǎn)子繞組兩側(cè)端面對(duì)鐵心的分布電容，繞組的分布電容主要是C1。繞組在槽內(nèi)分布均勻，繞組匝間、繞組對(duì)鐵心間的絕緣介質(zhì)及厚度基本一致。每匝繞組在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的分布電容基本相等并與繞組在槽內(nèi)的匝數(shù)成正比增加，電容與繞組長(zhǎng)度L 的關(guān)系符合公式（1）：

式中：L為繞組總長(zhǎng)度；C為每匝繞組在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的分布電容；L1為C1所對(duì)應(yīng)繞組長(zhǎng)度?？傞L(zhǎng)度根據(jù)圖紙計(jì)算出，通過(guò)測(cè)量C1可以計(jì)算出L1，判斷轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)點(diǎn)的位置。

2.2 試驗(yàn)方法

將發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)回路與外回路全部斷開(kāi)，轉(zhuǎn)子繞組無(wú)匝間短路，且絕緣電阻滿(mǎn)足DL／T 596—2005《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求，轉(zhuǎn)子繞組方可施加交流電壓。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子靜態(tài)情況下，將隔離變壓器輸出端接到集電環(huán)1或2，在集電環(huán)1或2與轉(zhuǎn)子大軸之間，施加150V 交流電壓（交流電壓峰值不應(yīng)超過(guò)轉(zhuǎn)子額定勵(lì)磁電壓），用0.2級(jí)交流毫安表分別測(cè)量集電環(huán)1或2對(duì)轉(zhuǎn)子大軸之間的電容電流，然后將發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，達(dá)到轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)點(diǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，也分別在集電環(huán)1或2與轉(zhuǎn)子大軸之間加上150V 交流電壓，測(cè)量集電環(huán)1或2對(duì)轉(zhuǎn)子大軸之間的電容電流。通過(guò)轉(zhuǎn)子繞組出廠(chǎng)圖紙，計(jì)算出繞組的總長(zhǎng)度L。繞組的總長(zhǎng)度L 與繞組的分布電容電流Ic符合公式（2）。

式中：L2為繞組斷線(xiàn)點(diǎn)與集電環(huán)2之間的長(zhǎng)度；Ic為繞組的分布電容電流；Ic1為集電環(huán)1對(duì)大軸之間的電容電流；Ic2為集電環(huán)2對(duì)大軸之間的電容電流。

通過(guò)測(cè)量的電容電流數(shù)值Ic、Ic1、Ic2可計(jì)算出L1、L2，判斷斷線(xiàn)點(diǎn)。如果L1＋L2＝L 說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，否則應(yīng)查明原因。

在測(cè)量集電環(huán)1、2對(duì)大軸之間的電容電流時(shí)，電壓表應(yīng)選用高內(nèi)阻電壓表或靜電電壓表，以滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。轉(zhuǎn)子靜態(tài)時(shí)測(cè)量集電環(huán)1或2對(duì)大軸之間的電容電流，見(jiàn)圖2。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)量集電環(huán)1或2對(duì)大軸之間的電容電流，見(jiàn)圖3。

圖2 轉(zhuǎn)子靜態(tài)時(shí)測(cè)量集電環(huán)1或2對(duì)大軸之間的電容電流示意圖

圖3 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)量集電環(huán)1或2對(duì)大軸之間的電容電流示意圖

2.3 試驗(yàn)實(shí)例

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)點(diǎn)的查找：在轉(zhuǎn)子繞組靜態(tài)、動(dòng)態(tài)下，在集電環(huán)1和2與轉(zhuǎn)子大軸之間施加150V 交流電壓，測(cè)量集電環(huán)1和2與大軸之間電容電流，測(cè)量結(jié)果表明，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組未發(fā)生動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)情況下，集電環(huán)1和2與大軸之間測(cè)量的電容電流分別為326mA 和328mA。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)時(shí)，集電環(huán)1和2測(cè)量的電容電流值分別為165mA 和168mA，是靜態(tài)的1／2左右。說(shuō)明轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路位置與集電環(huán)1和2的距離相等，由此確定轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)的位置就在轉(zhuǎn)子繞組兩個(gè)線(xiàn)圈N、S極的跨線(xiàn)處。如果測(cè)量集電環(huán)1或2上所測(cè)量的電容數(shù)值不同，可根據(jù)上述計(jì)算方法，計(jì)算出轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)的位置與集電環(huán)1和2的距離。

采用上述轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)位置查找方法，并通過(guò)2臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生的轉(zhuǎn)子繞組動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)測(cè)量結(jié)果表明，斷線(xiàn)位置都發(fā)生在N、S極的跨線(xiàn)處。其中一臺(tái)發(fā)電機(jī)拆護(hù)環(huán)檢查發(fā)現(xiàn)在N、S極跨線(xiàn)處的導(dǎo)線(xiàn)上有明顯受力而產(chǎn)生拉抻的傷痕，此傷痕是在處理轉(zhuǎn)子繞組匝間短路拆裝轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組跨線(xiàn)處受到了形變應(yīng)力造成的；另一臺(tái)發(fā)電機(jī)拆護(hù)環(huán)檢查發(fā)現(xiàn)，在處理轉(zhuǎn)子繞組匝間短路時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員將轉(zhuǎn)子繞組N、S極跨線(xiàn)多余部分割掉15cm 左右，然后進(jìn)行對(duì)接焊接，因?yàn)楹附淤|(zhì)量存在問(wèn)題，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生開(kāi)焊，造成轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)2臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)位置實(shí)際查找證明，在發(fā)電機(jī)正常停機(jī)后再啟機(jī)或經(jīng)過(guò)A、B級(jí)檢修后啟機(jī)時(shí)的零起升壓過(guò)程中，如果轉(zhuǎn)子繞組加上勵(lì)磁電壓，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)電流，在排除勵(lì)磁和外回路影響后，可通過(guò)萬(wàn)用表導(dǎo)通法和導(dǎo)通燈熄滅法確定轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生動(dòng)態(tài)斷線(xiàn)故障，測(cè)量集電環(huán)1或2與大軸之間的電容電流，計(jì)算確定轉(zhuǎn)子繞組斷線(xiàn)點(diǎn)位置。此查找方法具有操作簡(jiǎn)單、判斷準(zhǔn)確、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的試驗(yàn)、檢修有一定的指導(dǎo)意義。