一起發電機轉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研究院，江蘇南京211103)

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一起發電機轉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研究院，江蘇南京211103)

摘要：文中對某電廠390H型發電機轉子匝間短路故障的分析和處理過程進行了描述，給出懷疑匝間短路時開展的振動檢查和電氣試驗，根據檢查和試驗結果分析判斷認為存在匝間短路故障，解體得出故障原因為轉子匝間絕緣跑偏，并就匝間短路故障給出相應的處理經過。

關鍵詞：轉子匝間短路；交流阻抗；匝間絕緣；跑偏

發電機轉子匝間短路故障是常見的轉子故障，輕微的匝間短路對機組正常運行影響并不明顯[1-4]。但轉子匝間短路故障進一步發展會引起嚴重的危害，使得勵磁電流明顯增加，從而引起較高的溫度，引起轉子的不平衡和振動，降低機組的效率和可靠性，處理不當將會使得故障擴大，應引起足夠的重視。

1　故障情況簡介

2015年4月份以來，2號發電機組在啟動升速過程中，當轉子升速過發電機一階臨界轉速（約865 r/min）時，機組振動明顯增大，其中發電機前軸承7X軸振由原來的50～60 μm增大到170 μm左右，并有繼續惡化的趨勢，最大一次7X軸振曾達到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，在機組降速過一階臨界轉速時，7瓦軸振始終正常。之前該2號機組的各瓦振動均處于優良狀態。過程中未見電氣報警信號發出。該發電機為哈爾濱電機廠引進美國GE公司技術生產的390H型隱極式發電機，其額定容量為468 MV·A，額定功率為397.8 MW，功率因數為0.85（滯后），定子電壓為19 000 V，定子電流為14 221 A，轉子電壓為750 V，轉子電流為2360 A，頻率為50 Hz，相數為3，定子繞組連接方式YY，發電機冷卻方式為定子繞組水內冷，轉子繞組氫內冷，鐵心及其他構件氫冷，額定氫壓為0.6 MPa，絕緣等級為F級。振動原因比較復雜[5]，首先要確認是否為發電機本身的問題，振動跟勵磁有否相關性，然后按照不同原因進行下一步的檢查核實。

2　振動分析

2.1振動的復現性

多次啟動的現象表明，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及帶負荷過程中，7瓦振動屬合格范圍，特別是機組降速過

2.2振動與勵磁的相關性

振動僅在升速過程存在。因燃機啟動的方式不同于火力機組，其在啟動升速過程的特殊性，發電機必須先施加勵磁當同步電機用。為進一步驗證振動與勵磁的相關性，將機組升速至1000 r/min后，迅速打閘停機，發電機自動去勵，機組惰走停機，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瓦的振動現象看，充分說明該機組7瓦的振動與加載勵磁具有密切相關性。初步判斷為異常電磁力造成了該強迫振動。

2.3電磁力的來源

對發電機產生振動影響的電氣故障主要表現在2個方面，其一是熱不平衡，其二是電磁不平衡。研究表明，與轉子同步旋轉的電磁力，將激發轉子在旋轉頻率下的振動即通常所說的基頻振動。進一步分析判定現場振動符合基頻振動特征，認為電磁力產生的原因是電磁不平衡造成的，懷疑2號發電機7瓦振動是由轉子匝間短路引起。

3　電氣試驗

待盤車停用，對2號發電機對進行轉子直流電阻、轉子交流阻抗試驗等相關電氣試驗及檢查。直流電阻試驗的結果如表1所示。

表1　直流電阻試驗值

由表1可見，直流電阻有一定變化。規程[6]要求，轉子繞組直流電阻測量，與交接及前次測量值偏差其變化應不超過2%，測試值尚未超標。在靜態0轉速時開展了轉子膛內的交流阻抗和功率損耗試驗，試驗數據如表2所示。

由表2可見，交流阻抗和功率損耗與發電機交接試驗數據相比有較大變化，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，初步確診該發電機轉子存在匝間短路故障。

表2　靜態下的交流阻抗和功率損耗試驗值

由于影響交流阻抗和功率損耗的因素較多，故規程[6]僅要求現測量值與初始值進行比較，不應有顯著變化，沒有給出統一標準。考慮到交流阻抗試驗具有一定的離散性，為確診存在匝間短路故障，又開展一次3000 r/min轉速下的動態轉子膛內交流阻抗和功率損耗試驗，試驗數據如表3所示。

表3　動態轉速下的交流阻抗和功率損耗試驗值

由表3可見，相比發電機交接試驗數據，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。

當轉子繞組中發生匝間短路時，經短路線匝中的短路電流具有強烈去磁作用，會導致交流阻抗大大下降、功率損耗明顯增加的現象。

4　原因分析及處理

4.1初步判斷

結合上述振動分析及電氣試驗的情況，可以認為發電機的異常振動與電磁力異常變化有關，電磁力異常變化判斷為轉子匝間短路引起。當轉子某槽繞組存在匝間短路時，氣隙磁密發生變化，短路匝繞組對應的氣隙磁密將減小，而電磁力和磁密平方成比例，因此將產生不平衡電磁力作用于轉子。可判斷發電機轉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，在現場開展了氫氣置換、拆發電機端蓋、軸瓦、風扇等一系列檢修工作，然后發電機拆對輪，對發電機抽轉子，轉子就位后開展發電機轉子的相關檢查。支撐轉子后，在端部裝收環鍵工具、頂中心工具。用6把大號氣焊槍同時加熱護環并經常移動，加熱過程緩慢以保證溫升均勻、防止局部過熱，當加熱到270℃時退護環。然后，拆頂中心環工具、中心環和絕緣環、阻尼瓦、絕緣瓦和端部墊塊，抬起各槽線圈進行檢查。

4.3故障點及分析

經過檢查發電機轉子端部匝間絕緣，發現多數匝間絕緣已經跑偏。轉子匝間短路故障點如圖1所示，圖中清晰可見9號線圈2點明顯的放電痕跡。

圖1　匝間短路故障點位置圖

分析認為，故障點應存在2點以上，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為絕緣膠的黏性不夠，而且燃機的日常頻繁起停，也加速了黏性不夠的絕緣紙的位移。

4.4缺陷處理及效果

對所有線匝進行了清理、打磨，更換所有的匝間絕緣，重新粘絕緣膠，轉子重新下線。更換阻尼瓦、護環絕緣瓦、粘絕緣瓦膠帶后，加裝護環，開展組裝后試驗。將該處絕緣缺陷徹底處理后，該機組并網發電運行至今，未再發生轉子匝間短路故障。

5　結束語

（1）轉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關系，變化方向一致。而交流阻抗值是現場容易開展的判斷匝間短路較靈敏的試驗。

（2）轉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，對兩班制調峰機組要加強防范。

（3）一般發電機定子內埋設有轉子磁場探頭，為在線分析轉子有無匝間短路提供了基礎。轉子匝間短

路會引起勵磁電流增加，磁場波形畸變，裝設可靠的轉子線圈短路在線監測應為未來的趨勢。

參考文獻：

[1]馬宏忠，李之昆，彭錢. GP法在發電機轉子繞組匝間短路診斷中的應用[J].繼電器，2004，32(22)：16-19，28.

[2]李偉清.汽輪發電機故障檢查分析及預防[M]. 2版.北京：中國電力出版社，2010：93.

[3]唐芳軒，傅煜.隱極同步發電機轉子匝間短路的分布電壓診斷法[J].高壓電器，2005，02(41)：72-75.

[4]彭發東，張征平，陳杰華，等.大型汽輪發電機轉子匝間短路故障的分析與診斷[J].大電機技術，2010 (6)：17-19.

[5]陳華桂，秦慧敏，戴興干. 660 MW汽輪機組軸瓦溫度異常的分析與處理[J].江蘇電機工程，2014，33(2)：75-78.

[6] DL/T 596—1996電力設備預防性試驗規程[S].

黃松濤（1963），男，江蘇南京人，工程師，從事發電機和勵磁專業工作。

發電技術

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，過一階臨界轉速時，7瓦軸振仍為正常水平。該現象具有顯著的重復性。

中圖分類號：TM31

文獻標志碼：B

文章編號：1009-0665（2016）02-0087-02