某電廠600 MW汽輪發電機轉子匝間短路故障診斷和處理

2016-05-10 09:00:17劉建峰任章鰲

湖南電力 2016年1期

關鍵詞：發電機故障

劉建峰，任章鰲

(1.湖南華電長沙發電有限公司，湖南長沙410203；2.國網湖南電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

某電廠600 MW汽輪發電機轉子匝間短路故障診斷和處理

Diagnosis and treatment of turn-to-turn short circuit of 600 MW generator rotor windings

劉建峰1，任章鰲2

(1.湖南華電長沙發電有限公司，湖南長沙410203；2.國網湖南電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007)

某電廠600 MW汽輪發電機機組大修期間，通過采用RSO重復脈沖法、交流阻抗及損耗、兩極電壓平衡等方法，診斷出轉子存在匝間短路故障。發電機廠家現場解體證實發電機轉子線圈存在匝間短路故障，故障點位置與試驗判斷一致，通過細致的檢修工藝處理，轉子試驗數據合格后投入運行正常。

汽輪機；轉子匝間短路；故障診斷；處理工藝

發電機轉子匝間短路是汽輪發電機常見的故障之一，發電機轉子結構復雜。繞組間匝間絕緣薄，容易發生匝間短路，對發電機的設備安全和電網的穩定有重大危害〔1－4〕。近年來，大型汽輪發電機轉子匝間短路故障頻繁發生，嚴重時，會使發電機轉子勵磁電流增大、發電機無功出力降低，不平衡的匝間短路會引起機組劇烈振動，匝間短路產生的電弧燒損對地絕緣進而發展成接地故障。因而機組大修時應進行轉子檢查和試驗〔5〕。

文中通過交流阻抗及損耗、RSO重復脈沖法、兩極電壓平衡等方法，診斷出轉子存在匝間短路故障。

1 發電機參數和故障情況

汽輪發電機型號為QFSN－600－2－22C，額定功率為600 MW，定子電壓為20 kV，轉子額定電壓為400.1 V，額定電流為4 387 A，發電機轉速為3 000 r/min，制造廠家為東方電機股份有限公司，出廠日期2003年。

2013年4月，電廠進行了發電機組大修。大修啟動后，發電機7號瓦Y向振動在600 MW負荷時超標，最大值達到73 μm。2013年大修后發電機轉子動態交流阻抗數據不合格，與往年數據相比阻抗變小，功率變大，從數據上分析有匝間短路跡象。

2 故障分析和討論

2.1 交流阻抗和損耗測試

如果轉子存在匝間短路故障時，有效勵磁繞組匝數減少，即轉子繞組的交流阻抗變小，施加相同的交流電壓，繞組中流過的電流增大，損耗隨之增加。通過測量交流阻抗及損耗，可以判斷轉子是否發生匝間短路故障，該方法簡單實用，在《電力設備預防性試驗規程》DL/T 596—1996中明確規定發電機大修時必須做該項試驗。

但是用測量交流阻抗和損耗的變化來判斷轉子繞組有無匝間短路時應注意在同狀態(膛內、膛外、靜態、動態)、同電壓下比較。即使在相同的短路狀態下，短路線匝中的短路電流也不同，其去磁作用所引起的阻抗下降和損耗增加的程度也不同，所以難以出具統一的標準，僅能將現測量值與歷次測量值及歷史值進行比較，并結合其他的測試方法，綜合判斷后再作定論。轉子繞組歷次交流阻抗及功率損耗試驗值見表1，2。

表1 轉子膛外交流阻抗及功率損耗

表2 轉子額定轉速下交流阻抗及功率損耗

由表1，2可知，發電機轉子在膛外時，2013年測量結果同2009年測量數據相比，電流增大了5.99%，交流阻抗減小了4.98%，功率損耗增大了7.3%。發電機轉子在額定轉速時，2013年測量結果同2009年測量數據相比，電流增大了15.1%，交流阻抗減小了13.1%，功率損耗增大了11.47%。從轉子交流阻抗和損耗數據分析，發電機轉子發生匝間短路故障的可能性較大。為進一步驗證和研究是否發生匝問短路故障，進行兩極電壓平衡和RSO重復脈沖試驗。

2.2 RSO重復脈沖法測試

RSO(Repetitive Surge Oscilloscope)是一種利用行波反射技術來撿測發電機轉子繞組故障的試驗方法。RSO試驗接線如圖1所示，RSO裝置從發電機轉子繞組分別注入兩個相同波的雙波信號，并用一個示波器從轉子繞組的另一側捕獲反射信號。

圖1 RSO試驗接線圖

該發電機轉子在處理前RSO波形如圖2所示，儀器注入的探測信號和捕捉到的反射信號不完全重疊，有明顯的彎曲波動，表明轉子存在匝間短路情況。

圖2 處理前RSO波形

2.3 兩極電壓平衡測試

發電機轉子繞組無故障時，轉子兩極繞組具有很好的對稱性，兩極中點相對轉子正、負極之間的電位差是相同的。當轉子發生匝間短路故障或接地時，轉子兩極繞組的對稱性發生破壞，因此中點相對正、負兩極的電位差將發生偏移，偏移的大小取決于匝間短路的數量和位置。2013年轉子繞組兩極電壓平衡試驗測量結果見表3。

表3 兩極電壓平衡測試結果V

從表3可以看出，發電機轉子處理前兩極的電壓偏差高達15.3 V，說明轉子兩極繞組的電壓差存在很大不平衡度，結合之前的不同測試方法的結果可以判定轉子繞組存在匝間短路故障，轉子處理后兩極電壓基本平衡。

3 轉子繞組檢查

為進一步確定轉子存在匝間短路的情況，對發電機轉子護環進行拔除，發現轉子存在的一些問題，2極8號線圈從上往下數2—3匝存在匝間絕緣破損，1極3號線圈也存在匝間絕緣破損的情況。轉子兩個端部表面及槽部存在較多的油污。轉子端部順軸墊塊存在部分斷裂的情況。

轉子經拔護環對本體進行檢查的情況來看，轉子繞組確實存在匝間短路的情況，由此證實了之前分析的正確性。

4 轉子繞組處理

轉子解體處理，先拔下汽、勵端轉子護環，拆出轉子端頭槽楔，拆除護環絕緣、阻尼繞組，用無水酒精清理干凈阻尼繞組，做好標記便于回裝原位。對端部存在匝間短路的分兩種情況處理:匝間短路點在端部可以操作的直接對匝間短路點處更換端部匝間絕緣處理，不能拆除線圈操作的，可先退出所在的轉子槽楔，取下槽楔下的墊條，若匝間短路點在直線部位，則直接拆除所在槽線圈、更換匝間墊條。

通過對端部匝間絕緣仔細檢查發現3號槽、7號槽勵磁端部同樣存在匝間絕緣薄弱現象，并且7號槽存在線圈端部錯位缺陷。分別退出8號、4號、3號、7號槽楔，吊出對應槽內轉子線圈，對其更換復合紙絕緣材料，并校正7號槽端部線圈錯位缺陷，線圈修復成功。修復后進行通風試驗和整體電氣試驗后合格。2014年修復后轉子交流阻抗數據見表4，5，兩極電壓平衡測試結果見表6。處理后，該發電機轉子RSO試驗波形如圖3所示，圖中兩個信號脈沖反向后疊加，波形為一條直線，表明兩個信號重合度一致，轉子無匝間短路。