發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障異常淺析

摘? 要：隨著當(dāng)代技術(shù)的迅速發(fā)展，發(fā)電機(jī)成為我們?nèi)粘５纳钪蟹浅Ｖ匾慕巧?，是電力系統(tǒng)中不可缺少的設(shè)備組成之一。發(fā)電機(jī)長期運行產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子絕緣損壞老化或工作人員在工作中造成異物掉落等原因有可能造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點甚至多點接地，或者轉(zhuǎn)子匝間短路，從而對發(fā)電機(jī)的正常運行造成嚴(yán)重的影響。因此，我們一般通過對其轉(zhuǎn)子進(jìn)行相應(yīng)的試驗檢測，通過試驗數(shù)據(jù)波形等參數(shù)進(jìn)行一定的分析。包括與出廠數(shù)據(jù)、往年記載的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，查找到引起轉(zhuǎn)子異常因素等，為有效地開展檢修工作提供了重要保障。文章就發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子異常進(jìn)行了一定的深入分析與探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子;接地;匝間短路;分析處理

中圖分類號：TM621.3? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）21-0046-03

Abstract：With the rapid development of modern technology，generators have become a very important role in our daily life and an indispensable component of power system equipment. The aging of the rotor insulation caused by the long-term operation of the generator or the falling of foreign bodies caused by the workers may cause the generator rotor to be grounded at one or more points，or the inter-turn short circuit of the rotor，which will have a serious impact on the normal operation of the generator. Therefore，we usually test the rotor and analyze the parameters such as test data waveform. Comparing with the factory data and the data recorded in previous years，we can find out the abnormal factors of the rotor，which provides an important guarantee for the effective maintenance work. In this paper，the abnormality of generator rotor is deeply analyzed and discussed.

Keywords：generator rotor;grounding;inter-turn short circuit;analysis and treatment

0? 引? 言

測試發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子異常的方法有很多種，每一種方法都有各自的特點。如測量轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻及其直阻是最常用的檢查絕緣狀態(tài)的方法，再通過與以往數(shù)據(jù)的對比描繪出總體的趨勢;交流阻抗測試是一種通過升壓升流裝置測量其不同電壓下的交流阻抗及其功率損耗的試驗。其試驗數(shù)值與歷次試驗數(shù)據(jù)相對比，通過DL/T1768-2017規(guī)程中相關(guān)內(nèi)容判斷其轉(zhuǎn)子繞組是否有匝間短路;最后一種是通過脈沖示波器發(fā)出一系列的階躍低壓脈沖，從兩個終端引入轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生的反射信號在示波器上形成兩個獨立的波形發(fā)射后疊加形成單獨的波形，通過多種方法的有機(jī)結(jié)合可以很直觀地判斷其是否匝間短路，使我們最后所得出的數(shù)據(jù)更加精確。

1? 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子異常原因分析

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子異常通常會受到來自多個方面的影響，具有一定的復(fù)雜性。但隨著現(xiàn)代科技水平的發(fā)展，我們可以借助簡單的試驗設(shè)備，對發(fā)電機(jī)目前所存在的問題進(jìn)行進(jìn)一步的試驗探究，主要分為以下幾個方面的內(nèi)容。

1.1? 轉(zhuǎn)子繞組接地

轉(zhuǎn)子繞組的接地故障，按其接地的穩(wěn)定性，可分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定接地;按其接地的電阻值可分為低阻接地和高阻接地，穩(wěn)定接地與外因無關(guān)（轉(zhuǎn)速、溫度等），且易于測量與消除。不穩(wěn)定接地是在轉(zhuǎn)子處于高速轉(zhuǎn)速、低速轉(zhuǎn)速、高溫時接地等。

不同情況下測量的繞組的絕緣電阻值不同，當(dāng)轉(zhuǎn)子處于靜止或者低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子絕緣時，電阻值正常，隨著轉(zhuǎn)速上升阻值降低，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速阻值降至為零或接近零，此類接地點多發(fā)生在槽楔和兩側(cè)互環(huán)下的上層線匝上;當(dāng)轉(zhuǎn)子處于靜止或者低轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子絕緣電阻值為零或接近為零，隨著轉(zhuǎn)速上升阻值增高，達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時絕緣阻值正常，此類接地多發(fā)生在槽部的下層或槽底的線匝上;當(dāng)繞組溫度較低時阻值正常，溫度升高絕緣值降低，達(dá)到一定溫度時，絕緣值降至零或接近零，此類接地多發(fā)生在轉(zhuǎn)子端部。

其次轉(zhuǎn)子的密封性差時，特別是線圈首末均為半匝時，由于線圈上下端部面與極靴之間以及支架之間的殘留縫隙較大，在制作工藝過程中，轉(zhuǎn)子的浸漆不能有效地填滿這些縫隙。發(fā)電機(jī)在長期運行過程中，部分碳粉、油污、潮氣和灰塵等物質(zhì)會由此縫隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子磁極繞組內(nèi)部，長期發(fā)展造成繞組絕緣下降略化，嚴(yán)重時會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路接地，從而造成發(fā)電機(jī)故障。

以上的一些接地問題可以通過絕緣兆歐表來測量，初步判斷所為何種的接地故障，另外在測量轉(zhuǎn)子絕緣電阻時應(yīng)斷開轉(zhuǎn)子抽頭兩側(cè)相連的相關(guān)電氣元件，比如控制柜內(nèi)控制變壓器開關(guān)或電壓、電流測量表記回路中的熔斷器或開關(guān)，斷開勵磁回路系統(tǒng)等，以減少其附加回路對轉(zhuǎn)子絕緣電阻測量的影響，測量位置為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組抽頭位置為最佳，然后通過其他試驗手法綜合判定轉(zhuǎn)子的故障問題。

1.2? 轉(zhuǎn)子匝間短路

轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路的原因很多，比如制作工藝不良，在安裝過程中造成匝間絕緣的破損、絕緣材料的穿刺，運行中作用力下繞組的變形、移位、磨損、絕緣脫落等都可能造成匝間短路。轉(zhuǎn)子匝間短路可分穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種，穩(wěn)定為與外因無關(guān)下的短路，不穩(wěn)定為轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)、低速轉(zhuǎn)、高溫、低溫情況下才會發(fā)生的短路，與不穩(wěn)地接地類似。

用測量轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的方法可以測量其繞組的直流電阻值，在Q/GDW 11150-2013《水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》中規(guī)定在交接及其大修時都應(yīng)測量其轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻值，其試驗數(shù)據(jù)應(yīng)與出廠或者歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。數(shù)據(jù)變化值不應(yīng)大于2%，繞組的表面溫度與試驗環(huán)境溫度之差的范圍應(yīng)為±3℃，顯極式轉(zhuǎn)子繞組還應(yīng)對各磁極線圈間的連接點進(jìn)行測量。此類試驗可通過直阻儀進(jìn)行測量，作為判斷是否發(fā)生匝間短路的依據(jù)之一。

測量轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗及其功率損耗是判斷轉(zhuǎn)子繞組有無匝間短路的靈敏方法之一。當(dāng)發(fā)生匝間短路時，受短路電流的影響，導(dǎo)致交流阻抗大大下降，功率損耗明顯增加，在與原始（或前次）的測量值進(jìn)行比較判斷時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗值比較應(yīng)在同種工況下進(jìn)行，比如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在熱態(tài)情況下進(jìn)行膛內(nèi)測量，發(fā)電機(jī)運行過程中，不同轉(zhuǎn)速和在超速試驗前后的額定轉(zhuǎn)速下分別測量的交流阻抗及功率損耗值，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出后膛外不同溫度下的交流阻抗及功率損耗值等，在以上各種工況下的交流阻抗及功率損耗值各有不同。對于顯極式電機(jī)可在膛外對每一磁極繞組進(jìn)行測量，測量數(shù)據(jù)值互相比較應(yīng)無明顯差別，故應(yīng)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)及不同工況下開展交流阻抗及功率損耗值測量。

2? 測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子異常的新領(lǐng)域

發(fā)電機(jī)圓柱轉(zhuǎn)子勵磁繞組的匝間短路會造成轉(zhuǎn)子震動問題，這是由故障繞組中流過的不對稱直流和功率損耗使轉(zhuǎn)子發(fā)熱彎曲造成的，匝間短路造成的氣隙中的磁通行不平衡同樣會加劇震動問題，通過震動的跡象來分析是否存在匝間短路往往不是很準(zhǔn)確，還要配合前面介紹的眾多試驗手法聯(lián)合判斷是否存在故障。

隨著技術(shù)不斷地革新發(fā)展，通過一種脈沖示波器發(fā)出一系列的階躍低壓脈沖，從兩個終端引入轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生的反射信號在雙通道示波器上接收到兩個獨立的波形，其中一條波形發(fā)轉(zhuǎn)后與另一條波形疊加形成單獨的波形。

如果在繞組中沒有缺陷出現(xiàn)，兩個波形將幾乎是相同的;如果翻轉(zhuǎn)其中的一個波形與另一條疊加可以得到一條近乎水平的直線，在直線的端部會有一個微小的尖瓣脈沖和一個幾乎難以發(fā)現(xiàn)的起伏。任何由于故障產(chǎn)生的明顯的缺陷，會在合成波形上顯示不規(guī)則，通過估算屏幕上異常出現(xiàn)的位置可以推斷出故障所在的大致位置，如圖1所示，在波形起始位置出現(xiàn)的大的不規(guī)則，是靠近繞組兩端中任何一端的故障所導(dǎo)致的，更加直觀有效的判定。此類試驗可通過發(fā)電機(jī)繞組匝間短路測試儀測量。

3? 測試環(huán)境注意事項

隨著我國電力事業(yè)的快速發(fā)展和不斷完善，新機(jī)組、新技術(shù)的不斷革新以及設(shè)備使用年限的增長等，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障問題逐年增長，通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行測試及分析，試驗數(shù)據(jù)不斷完善與積累，精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫支持，為廣大的技術(shù)人員及科研人員提供了決策。有關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相關(guān)試驗現(xiàn)場中的注意事項，歸納為以下幾個方面。

3.1? 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子工況

測量轉(zhuǎn)子各項試驗數(shù)據(jù)時要在同樣工況下完成，其中轉(zhuǎn)子繞組在膛內(nèi)、膛外、冷態(tài)、熱態(tài)、不同轉(zhuǎn)速、不同溫度等情況，其數(shù)值會有偏差。工況不同時，應(yīng)當(dāng)換算到同樣工況下的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，不應(yīng)有顯著變化。

3.2? 天氣因素

眾多外部因素會造成試驗數(shù)據(jù)的偏差，大氣環(huán)境就是其中的一種。試驗現(xiàn)場環(huán)境的溫度和濕度各不相同，試驗過程中對溫度和濕度的記錄尤為重要。不同溫度下的測試數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)程換算到原始數(shù)據(jù)相同溫度下的數(shù)值，并對其進(jìn)行比較，同一溫度下其差別一般不超過2%。

3.3? 試驗接線偏差

試驗過程中，試驗導(dǎo)線的規(guī)格、線路走廊、接線部位等因素，會產(chǎn)生試驗數(shù)據(jù)的偏差與錯誤。故試驗前應(yīng)對其試驗導(dǎo)線進(jìn)行檢查與測量，避免因?qū)Ь€造成誤差。試驗測試部位應(yīng)選擇一致，并備注記錄在案，減少不必要的偏差。

3.4? 試驗設(shè)備誤差

在進(jìn)行試驗前，試驗設(shè)備自身的比對及檢測應(yīng)合格準(zhǔn)確。條件允許的情況下試驗設(shè)備應(yīng)與上次試驗設(shè)備一致或同一型號，以防止設(shè)備自身影響此次的試驗數(shù)據(jù)，導(dǎo)致其產(chǎn)生偏差。

4? 結(jié)? 論

我國的電力事業(yè)發(fā)展迅猛，新技術(shù)、新機(jī)組不斷更新，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子方面面臨新的挑戰(zhàn)，這必然會引起我們高度的重視，規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)需不斷嚴(yán)格與規(guī)范，不僅要從源頭上抓質(zhì)量，還要在生產(chǎn)中重檢測。對于我們電力工作者來說，不僅要在歷史中加以總結(jié)，還要在學(xué)習(xí)中不斷創(chuàng)新。不斷系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，完善數(shù)據(jù)庫，為以后的生產(chǎn)與發(fā)展提供有力保障，為中國的電力事業(yè)奉獻(xiàn)一份力量。

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作者簡介：馬超（1986.08-），男，漢族，河北定州人，本科，電氣工程師，主要從事各大型火電廠、水電站、核電站及變電站等電氣一次主設(shè)備的交接及預(yù)防性試驗工作。