一起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的分析和處理

黃松濤(江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

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一起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的分析和處理

黃松濤
(江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103)

摘要：文中對某電廠390H型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的分析和處理過程進(jìn)行了描述，給出懷疑匝間短路時開展的振動檢查和電氣試驗(yàn)，根據(jù)檢查和試驗(yàn)結(jié)果分析判斷認(rèn)為存在匝間短路故障，解體得出故障原因?yàn)檗D(zhuǎn)子匝間絕緣跑偏，并就匝間短路故障給出相應(yīng)的處理經(jīng)過。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子匝間短路；交流阻抗；匝間絕緣；跑偏

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障是常見的轉(zhuǎn)子故障，輕微的匝間短路對機(jī)組正常運(yùn)行影響并不明顯[1-4]。但轉(zhuǎn)子匝間短路故障進(jìn)一步發(fā)展會引起嚴(yán)重的危害，使得勵磁電流明顯增加，從而引起較高的溫度，引起轉(zhuǎn)子的不平衡和振動，降低機(jī)組的效率和可靠性，處理不當(dāng)將會使得故障擴(kuò)大，應(yīng)引起足夠的重視。

1　故障情況簡介

2015年4月份以來，2號發(fā)電機(jī)組在啟動升速過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子升速過發(fā)電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速（約865 r/min）時，機(jī)組振動明顯增大，其中發(fā)電機(jī)前軸承7X軸振由原來的50～60 μm增大到170 μm左右，并有繼續(xù)惡化的趨勢，最大一次7X軸振曾達(dá)到192 μm。啟動過臨界后振動迅速下降，直至定速3000 r/min，7瓦振動均良好，在機(jī)組降速過一階臨界轉(zhuǎn)速時，7瓦軸振始終正常。之前該2號機(jī)組的各瓦振動均處于優(yōu)良狀態(tài)。過程中未見電氣報警信號發(fā)出。該發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠引進(jìn)美國GE公司技術(shù)生產(chǎn)的390H型隱極式發(fā)電機(jī)，其額定容量為468 MV·A，額定功率為397.8 MW，功率因數(shù)為0.85（滯后），定子電壓為19 000 V，定子電流為14 221 A，轉(zhuǎn)子電壓為750 V，轉(zhuǎn)子電流為2360 A，頻率為50 Hz，相數(shù)為3，定子繞組連接方式Y(jié)Y，發(fā)電機(jī)冷卻方式為定子繞組水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子繞組氫內(nèi)冷，鐵心及其他構(gòu)件氫冷，額定氫壓為0.6 MPa，絕緣等級為F級。振動原因比較復(fù)雜[5]，首先要確認(rèn)是否為發(fā)電機(jī)本身的問題，振動跟勵磁有否相關(guān)性，然后按照不同原因進(jìn)行下一步的檢查核實(shí)。

2　振動分析

2.1振動的復(fù)現(xiàn)性

多次啟動的現(xiàn)象表明，從軸振7X過臨界時的振動峰值突變至170～180 μm，而定速3000 r/min及帶負(fù)荷過程中，7瓦振動屬合格范圍，特別是機(jī)組降速過

2.2振動與勵磁的相關(guān)性

振動僅在升速過程存在。因燃機(jī)啟動的方式不同于火力機(jī)組，其在啟動升速過程的特殊性，發(fā)電機(jī)必須先施加勵磁當(dāng)同步電機(jī)用。為進(jìn)一步驗(yàn)證振動與勵磁的相關(guān)性，將機(jī)組升速至1000 r/min后，迅速打閘停機(jī)，發(fā)電機(jī)自動去勵，機(jī)組惰走停機(jī)，7X軸振急劇下降，從120 μm瞬間陡降至30 μm。從切斷勵磁電流后7瓦的振動現(xiàn)象看，充分說明該機(jī)組7瓦的振動與加載勵磁具有密切相關(guān)性。初步判斷為異常電磁力造成了該強(qiáng)迫振動。

2.3電磁力的來源

對發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動影響的電氣故障主要表現(xiàn)在2個方面，其一是熱不平衡，其二是電磁不平衡。研究表明，與轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)的電磁力，將激發(fā)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)頻率下的振動即通常所說的基頻振動。進(jìn)一步分析判定現(xiàn)場振動符合基頻振動特征，認(rèn)為電磁力產(chǎn)生的原因是電磁不平衡造成的，懷疑2號發(fā)電機(jī)7瓦振動是由轉(zhuǎn)子匝間短路引起。

3　電氣試驗(yàn)

待盤車停用，對2號發(fā)電機(jī)對進(jìn)行轉(zhuǎn)子直流電阻、轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗(yàn)等相關(guān)電氣試驗(yàn)及檢查。直流電阻試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。

表1　直流電阻試驗(yàn)值

由表1可見，直流電阻有一定變化。規(guī)程[6]要求，轉(zhuǎn)子繞組直流電阻測量，與交接及前次測量值偏差其變化應(yīng)不超過2%，測試值尚未超標(biāo)。在靜態(tài)0轉(zhuǎn)速時開展了轉(zhuǎn)子膛內(nèi)的交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可見，交流阻抗和功率損耗與發(fā)電機(jī)交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比有較大變化，以測試電壓200 V為例，交流阻抗減少約16%，功率損耗增大約13.4%，其他電壓下也有相同的變化趨勢，初步確診該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障。

表2　靜態(tài)下的交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)值

由于影響交流阻抗和功率損耗的因素較多，故規(guī)程[6]僅要求現(xiàn)測量值與初始值進(jìn)行比較，不應(yīng)有顯著變化，沒有給出統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。考慮到交流阻抗試驗(yàn)具有一定的離散性，為確診存在匝間短路故障，又開展一次3000 r/min轉(zhuǎn)速下的動態(tài)轉(zhuǎn)子膛內(nèi)交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　動態(tài)轉(zhuǎn)速下的交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)值

由表3可見，相比發(fā)電機(jī)交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)，交流阻抗和功率損耗均有很大變化，以200 V測試電壓為例，交流阻抗值減少達(dá)36.4%，功率損耗增大約67.9%，其他電壓下也有相同的變化趨勢。

當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組中發(fā)生匝間短路時，經(jīng)短路線匝中的短路電流具有強(qiáng)烈去磁作用，會導(dǎo)致交流阻抗大大下降、功率損耗明顯增加的現(xiàn)象。

4　原因分析及處理

4.1初步判斷

結(jié)合上述振動分析及電氣試驗(yàn)的情況，可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)的異常振動與電磁力異常變化有關(guān)，電磁力異常變化判斷為轉(zhuǎn)子匝間短路引起。當(dāng)轉(zhuǎn)子某槽繞組存在匝間短路時，氣隙磁密發(fā)生變化，短路匝繞組對應(yīng)的氣隙磁密將減小，而電磁力和磁密平方成比例，因此將產(chǎn)生不平衡電磁力作用于轉(zhuǎn)子?？膳袛喟l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在明顯的匝間短路。

4.2解體檢查

確診為匝間短路故障后，在現(xiàn)場開展了氫氣置換、拆發(fā)電機(jī)端蓋、軸瓦、風(fēng)扇等一系列檢修工作，然后發(fā)電機(jī)拆對輪，對發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子就位后開展發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的相關(guān)檢查。支撐轉(zhuǎn)子后，在端部裝收環(huán)鍵工具、頂中心工具。用6把大號氣焊槍同時加熱護(hù)環(huán)并經(jīng)常移動，加熱過程緩慢以保證溫升均勻、防止局部過熱，當(dāng)加熱到270℃時退護(hù)環(huán)。然后，拆頂中心環(huán)工具、中心環(huán)和絕緣環(huán)、阻尼瓦、絕緣瓦和端部墊塊，抬起各槽線圈進(jìn)行檢查。

4.3故障點(diǎn)及分析

經(jīng)過檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子端部匝間絕緣，發(fā)現(xiàn)多數(shù)匝間絕緣已經(jīng)跑偏。轉(zhuǎn)子匝間短路故障點(diǎn)如圖1所示，圖中清晰可見9號線圈2點(diǎn)明顯的放電痕跡。

圖1　匝間短路故障點(diǎn)位置圖

分析認(rèn)為，故障點(diǎn)應(yīng)存在2點(diǎn)以上，主要是由于匝間絕緣的跑偏引起。匝間絕緣跑偏的主要原因?yàn)榻^緣膠的黏性不夠，而且燃機(jī)的日常頻繁起停，也加速了黏性不夠的絕緣紙的位移。

4.4缺陷處理及效果

對所有線匝進(jìn)行了清理、打磨，更換所有的匝間絕緣，重新粘絕緣膠，轉(zhuǎn)子重新下線。更換阻尼瓦、護(hù)環(huán)絕緣瓦、粘絕緣瓦膠帶后，加裝護(hù)環(huán)，開展組裝后試驗(yàn)。將該處絕緣缺陷徹底處理后，該機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行至今，未再發(fā)生轉(zhuǎn)子匝間短路故障。

5　結(jié)束語

（1）轉(zhuǎn)子匝間短路一般伴隨有振動增大，且振動與勵磁電流有一定對應(yīng)關(guān)系，變化方向一致。而交流阻抗值是現(xiàn)場容易開展的判斷匝間短路較靈敏的試驗(yàn)。

（2）轉(zhuǎn)子匝間短路原因多為匝間絕緣缺陷、銅線有毛刺、異物侵入等，對兩班制調(diào)峰機(jī)組要加強(qiáng)防范。

（3）一般發(fā)電機(jī)定子內(nèi)埋設(shè)有轉(zhuǎn)子磁場探頭，為在線分析轉(zhuǎn)子有無匝間短路提供了基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)子匝間短

路會引起勵磁電流增加，磁場波形畸變，裝設(shè)可靠的轉(zhuǎn)子線圈短路在線監(jiān)測應(yīng)為未來的趨勢。

參考文獻(xiàn)：

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黃松濤（1963），男，江蘇南京人，工程師，從事發(fā)電機(jī)和勵磁專業(yè)工作。

發(fā)電技術(shù)

Analysis and Treatment of a Generator Rotor Turn-to-turn Short Fault

HUANG Songtao
(Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute, Nanjing 211103, China)

Abstract：Analysis and processing of turn-to-turn short fault of a 390H generator rotor is presented in this paper. The vibration inspection and electrical tests are carried out. According to the results of the inspection and test, the conclusion of rotor turn-to-turn short fault is conducted. Through the disintegration analysis, the fault reason is obtained as deviation of turn-to-turn insulation of rotor. The corresponding treatment of turn-to-turn short fault of generator rotor is also introduced.

Key words：rotor turn-to-turn short; AC impedance; turn-to-turn insulation; deviation

作者簡介：

收稿日期：2015-10-28；修回日期：2015-12-02程，過一階臨界轉(zhuǎn)速時，7瓦軸振仍為正常水平。該現(xiàn)象具有顯著的重復(fù)性。

中圖分類號：TM31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1009-0665（2016）02-0087-02