一起發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組動態(tài)匝間

1、 PAGE 24 一起發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組動態(tài)匝間短路故障的分析和處理 2015. 72015. 7 大 電 機 技 術(shù) PAGE 25一起發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組動態(tài)匝間短路故障的分析和處理李明，孫福春，王安東，曹志偉（國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東 濟南，250002）摘 要 轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是汽輪發(fā)電機最常見的故障之一，本文詳細介紹了一臺330MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組動態(tài)匝間短路故障的診斷、定位和處理經(jīng)過，并在最后進行了總結(jié)。關(guān)鍵詞 動態(tài)匝間短路；轉(zhuǎn)子繞組； RSO試驗； 分析和處理中圖分類號 TM311 文獻標識碼 B 文章編號 1000-3983(2015)07-0022-03The Anal

2、ysis and Treatment of the Dynamic Turn-to-turn Short Circuit Fault in a Generator Rotor Winding LI Ming, Sun Fuchun, Wang Andong, Cao Zhiwei(State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250002, China)Abstract: The turn-to-turn short circuit in rotor winding is the most common fault f

3、or generator. The paper presents the details of diagnosing, locating, processing the rotor winding fault in a 330MW turbo generator caused by dynamic turn-to-turn short circuit. In the end, it is summarized and some advice is given.Key words: dynamic turn-to-turn short circuit；rotor winding；RSO test

4、；analysis and treatment1 引言近年來，大型汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障頻繁發(fā)生，這主要是由于制造過程中加工工藝的不良以及運行中轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)下承受巨大的離心力使之匝間絕緣損傷。發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障常常導(dǎo)致發(fā)電機的無功功率下降，軸承振動增加，甚至導(dǎo)致接地故障發(fā)生，使轉(zhuǎn)子磁化，嚴重者還將燒傷軸頸和軸瓦，對機組本身的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成很大威脅。山東某發(fā)電廠#5發(fā)電機系某發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的330MW水氫氫冷卻方式汽輪發(fā)電機，2006年4月投產(chǎn)。2014年7月，#5發(fā)電機小修完畢，該廠電氣試驗人員按照電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程的要求，對#5發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行靜態(tài)交流阻抗和功率損耗試驗，未發(fā)

5、現(xiàn)明顯變化。零起升壓時，發(fā)現(xiàn)#6軸瓦振動很大，且與勵磁電流成正相關(guān)性，額定電壓下的軸電壓高達14V。后經(jīng)多種方法驗證并仔細分析查找，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組存在動態(tài)匝間短路故障并及時成功處理，避免了一起重大事故的發(fā)生。2 故障確認開展了多種試驗方法確認轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路故障。2.1 轉(zhuǎn)子動態(tài)交流阻抗和功率損耗試驗對轉(zhuǎn)子進行零起升速和額定降速下的動態(tài)交流阻抗和功率損耗試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)升速至2330r/min時，交流阻抗值突降9.7%，當(dāng)降至1800r/min時，交流阻抗也發(fā)生了明顯的突變。100V電壓下，額定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)子交流阻抗較歷史值下降了14.7%，而功率損耗增加了15.3%。額定轉(zhuǎn)速下的試驗數(shù)據(jù)如表1所

6、示。表1 額定轉(zhuǎn)速下的交流阻抗 和功率損耗試驗數(shù)據(jù)試驗時間U/VI/A交流阻抗功率損耗2014200.119.835.0412342012200.017.005.891060變化率（%）-14.715.32.2 轉(zhuǎn)子動態(tài)RSO試驗轉(zhuǎn)速升高到2500r/min附近時，檢測到轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路異常，其后轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速，匝間短路一直存在，試驗波形如圖1所示，兩條脈沖曲線存在明顯異同點。隨后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸降低，匝間短路一直存在，直到降至1550r/min附近時，匝間短路消失。2.3 空載特性試驗開機后的空載特性曲線如圖2所示。與歷史值相比，空載曲線有明顯下移，相同電壓下，空載電流增加了12.6%

7、。由此可以確定，轉(zhuǎn)子繞組存在動態(tài)匝間短路故障。圖1 3000r/min時的RSO波形圖圖2 空載特性曲線2.4 抽轉(zhuǎn)子后的檢查情況使用可伸縮的萬向檢測鏡，檢查護環(huán)下的繞組情況，發(fā)現(xiàn)汽勵兩側(cè)轉(zhuǎn)子繞組6-8號線圈頂匝R彎處均有明顯位移，汽側(cè)比勵側(cè)嚴重。另外，檢查發(fā)現(xiàn)大軸有磁化現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子軸頸處的磁場強度20-30Gs不等，轉(zhuǎn)子靠背輪磁場強度最高處超過100Gs，轉(zhuǎn)子需退磁處理。之后，分別進行了極間電壓試驗、交流阻抗和功率損耗試驗、轉(zhuǎn)子RSO試驗，無明顯異常。對轉(zhuǎn)子進行單開口變壓器試驗，發(fā)現(xiàn)極2的6、7號線圈和極1的8號線圈相位變化超過90，因此存在靜態(tài)匝間短路現(xiàn)象。3 匝間短路位置的確定3.1 動態(tài)

8、匝間短路點的初步定位轉(zhuǎn)子抽出后，動態(tài)匝間短路位置尚不明確，因此決定對轉(zhuǎn)子拔護環(huán)。轉(zhuǎn)子拔護環(huán)后，通過模擬各匝線圈的短路狀態(tài)并與故障波形進行對比，可以對故障點進行初步定位。圖3為拔護環(huán)后模擬勵側(cè)極1的#5線圈兩匝短路的RSO波形，圖4為模擬轉(zhuǎn)子勵側(cè)極1的#5、#6線圈頂匝間短路的波形。圖3 轉(zhuǎn)子勵側(cè)極1的#5線圈兩匝短路的RSO波形圖4 轉(zhuǎn)子勵側(cè)極1的#5、#6線圈頂匝間短路RSO波形動態(tài)匝間短路波形在時間及幅值上與圖34較為接近，與圖4尤其接近，初步判斷#5、#6線圈附近存在匝間短路，#5、#6線圈間匝間短路的可能性較大。3.2 拔開護環(huán)后的檢查情況 轉(zhuǎn)子拔護環(huán)后，發(fā)現(xiàn)汽側(cè)和勵側(cè)多個線圈端部拐角

9、處出現(xiàn)嚴重變形，匝間錯位明顯（見圖5）。汽勵兩側(cè)端部線圈外觀檢查未發(fā)現(xiàn)明顯短路灼傷點，撬開各線圈匝間做進一步檢查時，發(fā)現(xiàn)汽側(cè)極2的#6線圈的1、2匝有匝間短路，#6線圈的2匝與#5線圈1匝間有放電燒傷痕跡，如圖6所示。該處短路相當(dāng)于將#5、#6線圈完全短路，與空載特性曲線試驗結(jié)果和動態(tài)RSO波形比較吻合，因此可以確定該處是轉(zhuǎn)子繞組的動態(tài)匝間短路點。圖5 汽側(cè)極2線圈發(fā)生了嚴重變形圖6 汽側(cè)極2的#5、#6線圈短路灼傷點A、B4 處理4.1 轉(zhuǎn)子線圈整形處理現(xiàn)場對轉(zhuǎn)子端部變形嚴重的線圈局部整形處理。轉(zhuǎn)子線圈整形完畢后，對頂匝線圈的端部匝間絕緣全部進行更換，并進行風(fēng)試試驗和電氣試驗：絕緣電阻、直流

10、電阻、極間電壓試驗、轉(zhuǎn)子RSO試驗。試驗合格后，套汽勵兩側(cè)護環(huán)，再次進行以上電氣試驗，試驗合格。4.2 轉(zhuǎn)子大軸退磁處理使用最大輸出電流為200A的直流焊機，首先對勵側(cè)退磁。將輸出絕緣電纜沿轉(zhuǎn)子勵側(cè)軸頸密集均勻地纏繞，首次開啟焊機，確保其輸出電流產(chǎn)生的磁通方向與剩磁方向相反，逐漸調(diào)大焊機輸出電流，使其達到190A，停留15s，記錄此時相關(guān)部位的剩磁強度及方向。然后，改變焊機輸出電流方向，調(diào)大焊機輸出電流至100A，記錄此時相關(guān)部位的剩磁強度及方向。重復(fù)以上電流調(diào)節(jié)步驟并記錄相關(guān)數(shù)值，直至大軸各相關(guān)部位的剩磁降至2Gs以下，認為退磁結(jié)果合格，終止試驗。汽側(cè)大軸退磁方法同勵側(cè)。4.3 轉(zhuǎn)子動態(tài)匝間

11、絕緣試驗將轉(zhuǎn)子穿入定子膛內(nèi)，再次進行不同轉(zhuǎn)速下的動態(tài)交流阻抗和功率損耗試驗，交流阻抗和功率損耗沒有突變。進行動態(tài)RSO試驗，試驗合格，圖7為3000r/min時轉(zhuǎn)子RSO波形。轉(zhuǎn)子處理完畢后，各項試驗數(shù)據(jù)均為正常。5 故障原因分析從拔護環(huán)后的外觀檢查來看，轉(zhuǎn)子繞組端部塑性變形，上下匝線圈錯位，將匝間絕緣硌破，是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子匝間短路的直接原因。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組端部產(chǎn)生塑性變形的原因有以下幾種：端部繞組溫升高、繞組銅線的硬度或抗蠕變能力差、轉(zhuǎn)子繞組端部整體滑移性差等，均與設(shè)備生產(chǎn)廠家的設(shè)計和制造工藝不良有關(guān)。圖7 3000r/min時轉(zhuǎn)子RSO波形（修后）6 結(jié)論(1)適時將隨機所帶的轉(zhuǎn)子動態(tài)匝間短路裝置恢復(fù)。當(dāng)懷疑轉(zhuǎn)子出現(xiàn)匝間短路時，可用該裝置進行監(jiān)測。(2)對同一型號機組，在大修停機前進行轉(zhuǎn)子動態(tài)交流阻抗和功率損耗或RSO的測量，以便及時發(fā)現(xiàn)問題。(3)受時間所限，此次端部繞組的整形效果與在制造廠內(nèi)處理尚有一定差距，建議電廠在下次小修停機前，進行動態(tài)交流阻抗及RSO試驗檢查。參 考 文 獻1 李偉清.汽輪發(fā)電機故障檢查分析及預(yù)防（第二版）M.北京：中國電力出版社2010.2 吳宇輝，席斌，余學(xué)文，等.一起汽輪發(fā)電