600MW發電機轉子故障原因分析及處理

摘要：介紹了四川東方電機股份有限公司生產的某600MW氫冷發電機轉子故障情況，分析了該型號發電機在運行及檢修中出現轉子滑環碳刷電流不均勻，轉子繞組匝間短路，轉子護環內絕緣塊脫落，轉子氣密試驗不合格等故障的原因，并對其分別提出相應的處理方案和防護措施，對同類型發電機轉子故障處理有一定參考價值和借鑒作用。

關鍵詞：600MW發電機；轉子；滑環；故障；匝間短路

作者簡介：王玉炯（1967-），男，山東鄒城人，華電國際鄒縣發電有限公司，高級技師；劉熹（1986-），男，山東鄒城人，華電國際鄒縣發電有限公司，助理工程師。（山東 鄒城 273522）

中圖法分類號：TM307 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）33-0227-02

鄒縣發電廠#6發電機型號：QFSN-600-2，額定功率為600MW，冷卻方式為水氫氫，額定工作氫壓為0.414MPa，勵磁方式：全靜止可控硅機端自并勵，由東方電機股份有限公司生產，自1998年1月投入商業運行，安全運行已有十余年。2011年4月，在#6機投產以來的第三次大修中，發現發電機轉子在運行中滑環碳刷電流不均勻，轉子中心孔氣密試驗不合格，轉子第8槽線棒匝間短路及發電機轉子護環內絕緣塊脫落、松動等重大缺陷，經過大修對以上缺陷進行處理消除，取得了良好的效果，保證了發電機的安全有效運行。

一、轉子滑環碳刷電流不均勻

機組在運行中，出現滑環碳刷電流不均勻現象。發電機勵磁碳刷每個極上共有24只碳刷，正負極共48只。碳刷電流分布嚴重不均勻，有幾只碳刷電流幾乎為0～10A，個別碳刷的電流高達200A，滑環及碳刷發熱達到120度左右。并且檢測發現有400A左右的勵磁電流沒有經過刷辮，而是直接從刷握流過。碳刷電流不均勻現象的出現使機組的安全運行存在很大的隱患。

1.原因分析

（1）由于軸瓦油霧滲漏對碳刷造成污染，使碳刷接觸電阻增大，引起碳刷電流分布不均勻。

（2）滑環表面光潔度高形成鏡面效應。

（3）碳刷使用過程中電阻值逐漸增大；滑環氧化膜太厚，使碳刷接觸電阻增加，一方面使碳刷本身發熱，另一方面使勵磁電流分流到其他回路電阻小的碳刷上，同時使其他碳刷的電阻發熱增加。電流平衡被破壞，碳刷間電流重新分配，每個碳刷的電流差別增大。

2.處理情況

在發電機檢修中，拆除刷架后，檢查發現滑環表面光潔，無明顯凸凹不平現象與劃痕，測試滑環的橢圓度為40μm，符合不大于50μm的工藝標準。同時對發電機刷握壓簧進行了檢查，測試壓簧壓力分布在1.7kg左右，與新刷握壓簧壓力大小基本一致。為減小環境因素的影響，進一步對發電機滑環進行徹底清理，避免粉塵、油污的污染。然后在復裝階段對刷握和滑環間隙、軸瓦和擋油蓋間隙進行了仔細調整。特別于本次大修中對發電機滑環極性倒接母排進行了改造，解決了發電機長期因無法進行極性倒接引起的負極損耗問題。

3.防范措施

（1）定期對發電機滑環、碳刷、濾網進行清理，以免在滑環處積灰，防止碳粉堆積造成通風不良。同時在發電機檢修時，重點檢查滑環附近的積灰情況及軸瓦是否漏油，并將發電機端蓋揭開對滑環進行吹灰及清洗。

（2）檢查刷握與滑環、刷握與碳刷之間間隙是否調整合適，太大會造成碳刷卡澀而影響碳刷電流的均勻分配。

（3）運行期間加強碳刷的管理，定期對碳刷進行檢查和更換，新碳刷使用前，必須按照滑環外圓尺寸認真進行適形研磨，盡量保證刷與滑環的接觸面能達到75%以上，并及時更換滑環刷架上已經被磨短的碳刷。

（4）加強對發電機#8軸瓦及密封瓦的維護，防止軸瓦漏油，油污與碳粉混合在一起不僅會影響滑環的散熱效果，導致滑環與碳刷接觸不良，還會導致滑環的絕緣降低，甚至損壞滑環。

（5）運行中加強對氫油壓差的控制，避免壓差過大導致滲油，污染滑環。

（6）每隔1～2年對發電機滑環正負極性進行倒換，保持兩側滑環具有相等的磨損量。

（7）加強運行設備的巡檢力度，定期用紅外線測溫儀及鉗形電流表進行測量，做好記錄，保證滑環溫度不超過120℃，碳刷溫度不超過85℃，使碳刷電流分布均勻。

二、轉子繞組匝間短路

在進行#6發電機電氣轉子匝間短路試驗過程中，發現轉子線棒存在匝間短路缺陷。一般轉子繞組產生匝間短路后，雖不像轉子接地故障那樣嚴重影響發電機安全運行，但繼續發展后，逐步會使發電機無功出力降低，引起機組振動劇烈、轉子電流增加及繞組溫度升高等，也可能由于突發性匝間短路產生的電弧燒損對地絕緣進而發展成接地故障。嚴重時會因短路點局部過熱導致轉子線棒變形、絕緣燒毀接地、大軸磁化、轉子燒損等事故的發生，所以對發電機轉子匝間短路故障必須高度重視。

根據試驗數據分析，初步判斷匝間短路位置在發電機轉子第8槽線圈靠近汽端處，根據實際制定了扒發電機護環處理方案措施。扒下汽端轉子護環后，退出發電機轉子槽楔，準確找到了發電機轉子線圈匝間短路的位置，位于外環極第#8槽線圈，在線圈里面第5與第6匝之間，發現有兩個短路點。如圖1所示。

1.原因分析

（1）短路點出現的主要原因為轉子繞組在第5-6匝間存在高點，加之發電機轉子槽楔結構的特性，每一次開停機時匝間繞組在離心力及機械沖擊和銅鐵冷熱溫差的作用下，會使發電機轉子絕緣與銅導線間發生相對位移。長期的作用會使發電機轉子匝間絕緣發生磨損，造成發電機轉子線棒產生匝間短路。

（2）如果通風孔里面毛刺清理不干凈，或機械加工及裝配時在發電機轉子線圈上遺留有微小金屬異物，將刺穿發電機轉子匝間絕緣片（厚度為0.30mm）。

（3）轉子各線圈間絕緣墊條松動，在運行中受各種力的綜合作用，墊條在轉子線圈邊緣做往復運動，由于線圈側面裸露，相鄰墊塊間往復運動產生的銅屑粉末導致匝間絕緣發熱，長時間過熱使絕緣層燒壞炭化，引起永久性的匝間短路。

2.處理情況

扒下發電機汽端護環，發現轉子線圈匝間短路的準確位置在外環極#8線圈第5與第6匝之間，有兩個短路點。第1點距汽端本體端面距離為900mm，第2點距汽端本體端面距離為1430mm，兩處短路點距離為530mm。截去兩短路點之間的一段已局部碳化而且已燒到穿孔的匝間墊條（長度約600mm），對銅導線做砂光處理，重新墊入新墊條（長約700mm，兩端與舊墊條搭接約50mm）?？紤]到相鄰匝（即6-7匝）對應于短路部位的匝間墊條有過熱的痕跡，增加一層匝間墊條（長約250mm）作補強之用。同時將轉子護環內層絕緣瓦和外層絕緣瓦全部更新，而其他零部件采用原件。在護環復裝后進行發電機轉子匝間短路試驗，試驗結果符合標準。

3.防范措施

（1）在機組檢修期間要做好防異物控制，防止異物進入轉子通風孔內部。

（2）發電機轉子線棒復裝時檢查每匝線棒打磨的平整度，并消除毛刺。

（3）機組檢修中嚴格按照試驗規程要求進行，因為發電機轉子繞組匝間短路是一種不可輕視的故障，機組大修時應認真進行發電機轉子匝間短路試驗，查找歷次試驗記錄并縱向比較，不放過任何異常數據，而且詳細記錄每一次試驗結果。

（4）加強對發電機設備運行中的巡視檢查，運行中對發電機轉子電流進行在線監視和對發電機振動進行測量，出現異常進行報警，且每次開機時做交流阻抗試驗。結合發電機的大、小修（不拔發電機大護環的情況下），檢查發電機轉子的通風孔有無異物進入。

三、發電機轉子護環內絕緣塊脫落

在#6發電機大修中，解體發電機發現汽側定子膛下部有一轉子端部支撐塊，而轉子護環內部兩側絕緣塊均發現有傾斜、松動現象，扒開護環后發現勵側有一塊絕緣件卡在第二、三線匝之間，少量縱向絕緣墊塊斷裂。

1.原因分析

東方電機廠于2009年前生產的發電機轉子，其護環內絕緣塊均存在設計缺陷，使用同型號發電機的多家電廠發生轉子護環內絕緣塊松動、脫落現象。如圖2所示。

2.處理方案

扒下發電機轉子護環，更換全部轉子護環內層絕緣瓦和外層絕緣件，采用了東方電機廠新的設計工藝，用整塊絕緣塊進行固定，避免了絕緣塊再次松動脫落。

3.防范措施

利用大修時間對轉子絕緣塊工藝進行升級處理，從根本上解決因材料、工藝等引起的設計缺陷問題，同時提高檢修項目標準，每一次檢修時采用內窺鏡等輔助工具對發電機轉子大護環內絕緣件進行重點檢查，發現異常及時進行處理。

四、轉子氣密試驗不合格故障分析及處理

發電機轉子氣密試驗是檢驗發電機轉子導電螺桿的嚴密性。在大修期間對該發電機進行轉子氣密試驗過程中，當對發電機轉子中心孔通入0.6MPa壓力的高純氮氣進行檢驗時，發現短時間內氣體壓力下降較快，后通過用無水酒精在導電螺釘位置進行檢測，發現導電螺釘處存在有漏氣現象。

1.原因分析

拆開轉子滑環導電螺釘螺帽，檢查發現內環導電螺釘偏離孔中心約2mm，致使密封墊壓偏，氣體逸出，導致導電螺釘密封不良。

2.處理情況

把導電螺釘導電壓板及螺帽拆除掉，將導電螺釘旋出，更換新的密封膠墊，重新涂抹硅橡膠密封膠，復裝后在0.6MMa高純氮氣壓力下，保持6小時無泄露，轉子中心孔氣密試驗合格。

3.防范措施

重視對發電子轉子氣密試驗結果的分析，出現細微異常應引起警惕，對不合格問題進行排查分析并處理。在機組投運后定期加強對滑環處氫氣含量的測量，發現異常及時處理。

五、結束語

由于氫冷發電機的轉子結構復雜，缺陷隱蔽性大，以及因制造工藝、運行、維護等原因，時有發生故障的可能，所以在機組檢修中要嚴格執行檢修工藝紀律，保證檢修質量，提高檢修工藝水平。同時加強技術監控管理，做到精細化檢修，才能保證發電機安全、經濟、高效運行。

參考文獻：

[1]馬宏忠.電機狀態檢測與故障診斷[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]李偉清，等.發電機故障檢查分析及預防[M].北京：中國電力出版社，1996.