功果橋水電廠3號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極匝間短路故障排查及處理

1、功果橋水電廠3號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極匝間短路故障排查及處理華能瀾滄江水電股份有限公司 苗尾·功果橋電廠王平安 王強(qiáng) 趙磊摘 要：磁極是水輪發(fā)電機(jī)的重要組成部分，也是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁場(chǎng)的主要部件。由于在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)處于高速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，其不僅承受轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力還要承受由于磁力及發(fā)熱等多重因素引起的損傷，故而磁極在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后容易發(fā)生故障。磁極在生產(chǎn)維護(hù)過程中由于加工工藝的原因，如繞組表面不光滑、安裝時(shí)調(diào)入異物、絕緣不合格等都會(huì)引起磁極的匝間短路故障。本文主要論述功果橋電廠225MW水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生磁極匝間短路故障的排查及處理方法。關(guān)鍵詞：磁極、匝間短路、耐壓試驗(yàn)、故障檢測(cè)、故障處理1 設(shè)備情況概述功果

2、橋水電廠安裝4臺(tái)225MW由東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司制造的水輪發(fā)電機(jī)組，水輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF225- 64/14700，轉(zhuǎn)子額定電壓410V，每個(gè)轉(zhuǎn)子共64個(gè)磁極。2015年3月4日專業(yè)組人員對(duì)3號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子開展預(yù)防性試驗(yàn)工作時(shí)，發(fā)現(xiàn)7#、19#、26#磁極存在匝間短路情況。匯總檢查情況如下：1.1采用交流阻抗法對(duì)磁極損耗及阻抗進(jìn)行檢查經(jīng)檢查18#、20#、8#、6#磁極在電流為20A、15A、10A、5A時(shí)的交流阻抗值、損耗值、電壓、電流值均相差不大，詳見下表：表1：6#、8#、18#、20#磁極數(shù)據(jù)：磁極電壓（V）電流（A）損耗（W）阻抗（）6#16.7720.2943.840.826

3、611.9314.5221.880.82228.35510.29.8540.81884.3875.3592.5540.81978#16.8220.0943.650.837212.8015.3425.250.83458.35510.0910.100.82724.2905.1402.3800.830318#16.2320.0844.050.808712.3615.3625.440.80618.21810.2311.130.80324.1955.2732.7870.802020#16.920.1846.20.837312.7415.2726.280.83488.42710.1511.310.8294

4、.3505.2472.9240.8295由上表數(shù)據(jù)可以看出正常磁極的交流阻抗各項(xiàng)數(shù)值均穩(wěn)定在恒定的數(shù)值范圍，其電壓、電流、損耗和阻抗均有規(guī)律可尋。表2：7#、19#、26#磁極交流阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：磁極電壓（V）電流（A）損耗（W）阻抗（）7#6.09620.0630.990.30394.55014.9716.920.30382.9559.6966.8130.30441.2784.0831.0490.312419#5.87020.8367.700.25333.59714.4231.430.24912.14010.6616.800.24781.2715.1133.8200.248726#10.1

5、420.89125.50.47378.06315.0174.460.55396.35110.0336.450.62803.0814.949.0590.6277由上表數(shù)值并結(jié)合發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交接試驗(yàn)，在相同電流20A、15A、10A、5A時(shí)，7#、19#、26#磁極的電壓值較正常數(shù)值均偏小，且19#、26#磁極損耗值明顯增大，符合磁極線圈匝間短路的特點(diǎn)。1.2 磁極匝間短路故障的危害磁極的故障會(huì)影響到轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的分布，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子磁通不對(duì)稱，引起轉(zhuǎn)子磁力不平衡，進(jìn)一步引發(fā)機(jī)組振動(dòng)。同時(shí)由于磁極匝間短路也會(huì)引起機(jī)組無(wú)功出力降低，勵(lì)磁電流升高，從而引起轉(zhuǎn)子溫度升高、定子電壓波形變壞等危害，為機(jī)組的安全運(yùn)行

6、埋下隱患。以發(fā)電機(jī)處于空載態(tài)的情況為例進(jìn)行分析，當(dāng)磁極發(fā)生匝間短路時(shí)，由于磁極線圈匝數(shù)減少，磁極的直流電阻減小，勵(lì)磁電流增大，但由于勵(lì)磁電流增大量百分比小于磁極線圈減小量百分。由公式： =F/Rm E0=4.44f·N·K· 注：F為轉(zhuǎn)子磁極磁動(dòng)勢(shì)，I為轉(zhuǎn)子電流，N為轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)，為每極磁通量，Rm為磁極磁阻，f為電壓頻率，K為繞組因數(shù)，E0為定子電動(dòng)勢(shì)。 當(dāng)發(fā)生磁極匝間短路時(shí)，由公式得磁極磁動(dòng)勢(shì)F降低。由于磁通回路不變磁阻Rm不變，公式得磁通量減小。公式中f為常數(shù)，K可視為不變，故可以得出由于線圈匝數(shù)N減小，磁通減小，則定子電動(dòng)勢(shì)E0降低，定子電壓降低。為使定子

7、電壓恢復(fù)額定值，勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)通過增加勵(lì)磁電流。勵(lì)磁電流的增加使轉(zhuǎn)子發(fā)熱增加。同時(shí)由于短路磁極對(duì)兩端磁極的線圈匝數(shù)不相同，使發(fā)電機(jī)磁通不平衡，兩端磁極所受電磁力矩不平衡，可能引發(fā)機(jī)組振動(dòng)、磁極繞組松動(dòng)等不利因素。以下針對(duì)轉(zhuǎn)子匝間短路故障排查及處理進(jìn)行論述。2 故障點(diǎn)查找由于磁極線圈的直流阻抗比較小，在磁極線圈發(fā)生匝間故障時(shí)直流電阻變化很小，故直流測(cè)試不容易發(fā)現(xiàn)其匝間短路故障。當(dāng)通入交流電壓時(shí)由于匝間段路是有效線圈匝數(shù)減小和短路電流的去磁作用，磁極發(fā)生匝間短路時(shí)其交流阻抗會(huì)減小，功率因素增大，功耗增加，則可以說明磁極存在匝間短路的故障，需要進(jìn)一步處理。如下圖1所示，為磁極線圈示意圖，在確定繞組為匝間

8、短路故障后，首先查看繞組有無(wú)明顯的燒焦等痕跡。俯視圖1 24 3主視圖 繞組 匝間絕緣 緣圖1：磁極線圈示意圖從故障磁極兩側(cè)加200-300A的交流電流，使用紅外線熱成像儀對(duì)磁極線圈進(jìn)行觀察，會(huì)發(fā)現(xiàn)故障磁極短路點(diǎn)溫度特別高（見圖2、3、4），用記號(hào)筆記下發(fā)熱位置，待后續(xù)處理。 圖2：7號(hào)磁極通交流電后的溫度熱成像 圖3：19號(hào)磁極通交流電后的溫度熱成像圖4：26號(hào)磁極通交流電后的溫度熱成像3 故障處理確定短路點(diǎn)后，開始磁極故障處理工作，把磁極線圈與鐵芯進(jìn)行分離，把磁極線圈置于空曠處然后按以下步驟處理： 3.1 磁極背部故障點(diǎn)處理(1)處理磁極背部短路點(diǎn)時(shí)，需要將磁極鐵芯與線圈接觸部分的硅膠清除

9、，以便在后續(xù)處理中使線圈容易被撬開。硅膠圖5：磁極硅膠清除(2)對(duì)故障點(diǎn)左右十公分的線圈使用專用工具輕輕的撬開，使兩層線圈分離至可以看見內(nèi)部故障點(diǎn)或可以有處理層間絕緣的空間，大概分離的厚度為5mm。圖5：磁極線圈故障點(diǎn)分離(3)在故障點(diǎn)線圈兩側(cè)使用專用工具支撐住線圈，并使用裁紙刀和0.5mm厚度的環(huán)氧板對(duì)線圈層間的絕緣進(jìn)行清理，必要時(shí)可以使用吹風(fēng)槍吹出線圈內(nèi)部的殘留物。圖6：磁極線故障點(diǎn)絕緣圈清除(4)對(duì)故障磁極再次做交流阻抗試驗(yàn)，以驗(yàn)證是否故障點(diǎn)被清除，若試驗(yàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)說明可繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)處理，若試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍然有問題，則需重復(fù)第三條步驟，直至試驗(yàn)合格。(5)將故障點(diǎn)處的絕緣清理干凈后，使用特制的絕

10、緣紙重新處理線圈層間的絕緣，并在絕緣紙內(nèi)側(cè)涂以環(huán)氧樹脂膠（環(huán)氧樹脂+固化劑1:1配比，可加適量石英粉）。圖7：磁極匝間絕緣處理(6)將涂好環(huán)氧樹脂的絕緣紙對(duì)折后沿線圈內(nèi)側(cè)均勻塞入，確保絕緣紙平整的塞入線圈內(nèi)，所有處理過絕緣的地方均需要重新置入新的絕緣紙。圖8：磁極匝間絕緣處理(7)對(duì)已塞入絕緣紙的線圈，使用環(huán)氧樹脂條再次在線圈內(nèi)部均勻涂一層環(huán)氧樹脂膠，使線圈與絕緣紙能夠很好的黏合。圖9：磁極匝間絕緣處理(8)線圈絕緣處理完畢后，在線圈撬開部位的磁極兩側(cè)使用千斤頂壓緊處理，待24小時(shí)環(huán)氧樹脂膠完全干透后再取下千斤頂。圖10：磁極匝間絕緣壓緊固化(9)磁極兩側(cè)壓好千斤頂后，使用熱風(fēng)槍和裁紙刀對(duì)多余

11、的絕緣紙進(jìn)行修整，并擦掉多余的環(huán)氧樹脂膠。(10)取下千斤頂后對(duì)之前處理掉的硅膠（鐵芯和線圈間空隙）進(jìn)行密封處理。(11)對(duì)處理完成后的磁極進(jìn)行絕緣電阻、直流電阻、交流阻抗及交流耐壓等試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后可吊裝磁極。3.2 磁極正面故障點(diǎn)處理若磁極線圈故障點(diǎn)在磁極正面，則需對(duì)磁極進(jìn)行翻身處理。(1)對(duì)翻身后的磁極故障點(diǎn)線圈兩側(cè)使用千斤頂壓緊處理，使線圈與鐵芯能夠較好的分離，壓緊至線圈兩側(cè)稍微翹起即可。 圖11：磁極正面故障點(diǎn)處理(2)處理步驟同以上第2條至第11條。3.3 注意事項(xiàng)(1)使用千斤頂壓緊時(shí)兩邊需同時(shí)用力，保持平衡。(2)使用鐵塊壓緊線圈時(shí)可在鐵塊底部墊一層白布，使其受力均勻。4 處理

12、效果經(jīng)對(duì)撬開的磁極線圈進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)19號(hào)磁極19-20線圈之間絕緣紙有灼黑的情況（7號(hào)、26號(hào)未發(fā)現(xiàn)明顯痕跡），結(jié)合交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告分析，磁極線圈短路原因?yàn)榇艠O制造時(shí)線圈之間存在毛刺等物質(zhì)，交接試驗(yàn)時(shí)層間絕緣未破壞，試驗(yàn)結(jié)果合格。在機(jī)組投運(yùn)后，運(yùn)行中機(jī)組振動(dòng)等原因使毛刺破壞層間絕緣材料，導(dǎo)致發(fā)生磁極層間短路情況。對(duì)處理后的7#、19#、26#磁極進(jìn)行交流阻抗及直流電阻、交流耐壓試驗(yàn)，其數(shù)值已恢復(fù)出廠值。磁極電壓（V）電流（A）損耗（W）阻抗（）直阻（m）絕緣電阻（G）交流耐壓（2000V）7#9.51219.1918.010.50022.60486.51min通過2.4604.9871.12

13、820.493319#10.4420.4419.100.51072.59975.71min通過2.4134.7921.1520.503526#9.41519.1416.280.49132.55591.31min通過2.4425.0231.2240.4862結(jié)束語(yǔ)：磁極的匝間短路嚴(yán)重危害發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組絕緣造成損傷，影響發(fā)電機(jī)電壓波形，有可能產(chǎn)生機(jī)組振動(dòng)等不良因素。采用交流阻抗法對(duì)于發(fā)電機(jī)匝間短路故障進(jìn)行檢查，簡(jiǎn)便易行；對(duì)故障磁極通入200-300A的交流電流并根據(jù)熱點(diǎn)可準(zhǔn)確確定故障點(diǎn)位置。在處理磁極故障時(shí)，需注意施工工藝要符合要求，減少因處理工藝造成的缺陷。對(duì)3號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極匝間短路進(jìn)行處理后，根據(jù)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程對(duì)磁極進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)，結(jié)果均滿足DL/T 596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求，證明該缺陷已消除，驗(yàn)證了我們處理方法及技術(shù)的科學(xué)性及有效性。參考文獻(xiàn)及資料1 賴廣棟 “電站中轉(zhuǎn)子磁極鐵芯更換檢修法的技術(shù)探討” 廣東科技20