600MW汽輪發電機轉子匝間短路故障案例解析

摘要：轉子繞組匝間短路嚴重影響發電機的安全穩定運行。本文針對某電廠600MW汽輪發電機轉子匝間短路故障進行深入分析，通過測量轉子直流電阻、交流阻抗試驗以及RSO試驗等多種試驗方案，分別進行診斷，最終得出該發電機轉子匝間短路屬于不穩定匝間短路，文中制定了具體治理方案，以供國內相同類型機組發電機轉子相同類型故障借鑒參考。

關鍵詞：發電機;轉子匝間短路;RSO試驗;轉子交流阻抗試驗

The Fault Case Analysis Of The Rotor Turn-To-Turn Short Circuit Fault Of 600Mw Turbine Generator

Yang Wenguang

（Zhuhai Urban Construction Smart Energy Co.， Ltd， Zhuhai， Guagndong Province 519000）

ABSTRACT： The short-circuit of the rotor winding turns seriously affects the safe and stable operation of the generator. This paper makes an in-depth analysis of the short-circuit fault between the rotors of a 600MW turbogenerator in a power plant， through the measurement of the rotor DC resistance， AC impedance test and RSO test and other test plans， respectively diagnoses， and finally draws the generator inter-turn short circuit It belongs to unstable inter-turn short circuit， and a specific treatment plan is formulated in this paper for reference for the same type of generator rotor faults of the same type in China.。

KEY WORD： Generator;The Rotor Turn-To-Turn Short Circuit;RSO test;Rotor AC impedance test

1 前言

600MW汽輪發電機型號為QFSN-600-2，上海汽輪發電機廠生產，出廠編號為60SH014。2004年5月出廠，2006年1月投產，2007年3月進行第一次大修，2013年10月進行第二次大修，在此次大修期間在進行發電機轉子電壓分布試驗時發現兩級電壓分布不均勻。

2 轉子匝間故障診斷

針對該發電機轉子匝間故障的診斷，試驗人員采用轉子直流電阻測試、膛外交流阻抗試驗、極平衡、電壓分布試驗、RSO試驗等方法分別對發電機轉子進行測試。

2.1 轉子直流電阻測試

轉子直流電阻測試標準為與初次（交接或大修）所測結果比較，在相同溫度下，其差別一般不超過2%。發電機轉子直流電阻測試結果為合格，詳見表1。

2.2 轉子膛外交流阻抗試驗

膛外交流阻抗試驗標準是在相同試驗條件下與歷年試驗數值比較，不應有顯著變化（發電機廠規定偏差10%），發電機轉子膛外交流阻抗試驗結果合格，詳見表2。

2.3 極平衡和RSO試驗

極平衡和RSO試驗標準為兩極波形偏差小于200mV。試驗結果超出《JB/T8446-2005隱極式同步發電機轉子匝間短路測試方法》中“各極線圈間的電壓差不得大于最大值的3%”標準，結果詳見表3。

2.4 轉子繞組電壓分布試驗

發電機轉子繞組電壓分布試驗為在轉子繞組兩極施加50V交流電，兩極線圈均勻分布即合格。轉子繞組電壓分布試驗結果合格，詳見表4。

綜述，對發電機轉子進行上述四種試驗，其中轉子直流電阻測試、轉子膛外交流阻抗測試和轉子繞組電壓分布均合格，但通過對發電機轉子進行極間平衡和RSO試驗，最大偏差10.1V（偏差率9.6%），RSO試驗結果最大偏差514毫伏，超過《JB/T8446-2005隱極式同步發電機轉子匝間短路測試方法》中“各極線圈間的電壓差不得大于最大值的3%”標準。根據試驗數據分析，推斷該發電機轉子存在不穩定匝間短路。

3 故障原因分析

引起發電機轉子繞組匝間短路故障的原因總體上可分為以下兩方面：

3.1 設計不夠合理

發電機轉子端部弧線轉彎處的曲率半徑偏小，致使外弧翹起，運行中在離心力的作用下，匝間絕緣被壓斷，造成了匝間短路。

3.2 制造質量不良

1）轉子端部繞組固定不牢，墊塊松動。對于發電機運行中由銅鐵溫差引起的繞組相對位移，設計上未采取相應的有效措施。

2）選用的匝同絕緣材料材質不良，含有金屬性硬刺，或繞組銅導線加工成形后不嚴格的倒角與去毛刺，運行中在離心力的作用下刺穿了匝間絕緣，造戒匝間短路。

3）端部拐角整形不好和局部遺留褶皺或凸凹不平;匝間絕緣墊片墊偏、漏墊或堵孔（直接冷卻的繞組通風孔）;繞組導線的焊接頭和相鄰兩套繞組間的連接線焊口整形不良;制造工藝粗糙留下的工藝性損傷;轉子護環內殘存加工后的金屬切屑等異物。

4）轉子線匝局部未銑風孔扎或風量不合格造成嚴重過熱，從而引起匝間短路。

4 處理方案

針對該發電機轉子匝間故障給出處理方案，處理步驟如下：

1） 檢查轉子全軸表面，如轉子表面、月亮槽、槽楔、聯軸器端面、軸承檔、護環等是否有異常，對損壞、磨損處需拍照記錄。

2） 轉子上車校調，并作記錄，同時砂光護環外圓的漆，轉子測振位置打光。

3） 測線圈絕緣電阻和做兩極平衡試驗，測量轉子直流電阻，做轉子靜態脈沖試驗（RSO），做好相關記錄。

4） 轉子風葉電廠已拆下，隨轉子返廠，葉片做超聲波探傷，出探傷報告。

5） 轉子線圈做交流、直流電壓分布試驗，判斷轉子線圈匝間異常的位置。

6） 故障點確認后再重制定如下處理方案。從試驗結果看，故障點位于汽端01極#6線圈第2～3匝之間中心線右側圓弧部分（從勵端看）。

7） 拆汽端風扇座（做好標記），拆汽端護環（護環加熱溫度不得超過320℃），將汽端風扇座和護環掛在軸上，拆除護環下絕緣，注意保護好軸承檔，以免軸承檔受損。

8） 清理護環熱套面，對護環的熱套面進行著色探傷，位置為離端面150mm范圍內（含熱套面、環鍵槽），護環本體超聲波探傷。

9） 拆除護環后測量轉子絕緣電阻、做極平衡試驗。

10） 拆下汽端墊塊，做好標記，拆下的墊塊用丙酮或酒精清理干凈，損壞的端部墊塊需更換。

11） 敲出靠近汽端01極#6線圈相關槽楔及楔下墊條，如楔下墊條需更換，抬出有匝間端部的部分線圈。

12） 更換有燒熔點的第4、5片的R角銅排，按原工藝重新焊接和配做匝間絕緣。

13） 清理汽端端部線圈，清理轉子本體表面及月亮槽等位置，敲出槽楔的鳩尾等部位清理干凈。

14） 槽楔裝復。

15） 測絕緣電阻2500V兆歐表，1min、做極平衡試驗，合格后繼續后續裝復工作。

16） 按電廠要求，拆下勵端風扇座及護環。

17） 清理拆下的勵端護環，探傷要求同汽端。

18） 敲出所有勵端端部墊塊，清理墊塊和端部線圈，有損壞的墊塊需更換。

19） 汽勵端全部修復、清理結束后測絕緣電阻，每組線圈單獨做匝間試驗（2.5V/匝）。

20） 按原位置裝復端部墊塊。

21） 墊塊裝復后測絕緣電阻，做極平衡試驗，測每組線圈的電壓分布，每組線圈單獨做匝間試驗（2.5V/匝）。

22） 按原工藝要求包護環絕緣，測絕緣電阻、做極平衡試驗。

23） 更換兩只導電螺桿密封圈、鋼螺帽等部件。

24） 重新熱套汽勵端護環。

25） 護環熱套后測絕緣電阻2500V兆歐表，時間1min，做極平衡試驗。

26） 清理風扇座、轉子風扇座熱套面，熱套風扇座。

27） 轉子動態交流阻抗和波形探測法，動平衡超速3450r/min，2min，振動值按廠內新機要求考核。

28） 測靜態絕緣電阻（2500V搖表，1min）、交流阻抗試驗、測直流電阻，極平衡試驗。

29） 出廠校調，要求不低于轉子進廠數據。

30） 轉子通風實驗。

31） 轉子氣密試驗。

5 結論

通過利用轉子直流電阻測試、膛外交流阻抗試驗、極平衡、電壓分布試驗、RSO試驗等方法對發電機轉子匝間故障進行診斷和分析，最終驗證診斷結果，并給出合理的處理方案。得出以下結論：

1） 重復脈沖波形法（RSO）、繞組分布電壓試驗等方法適用于不同的場合，是目前較為常用的、且具有較高準確度的轉子匝間短路故障檢測方法

2） 造成600MW汽輪發電機轉子匝間短路故障的主要原因在于轉子端部緊固結構的設計缺陷、拐角區域內的工藝控制缺陷、匝間絕緣墊條質量及其黏貼工藝、以及油霧和顆粒雜質異物的進入等;

3） 改進轉子端部拐角處的緊固支撐結構、提高拐角區域中轉子線棒表面的處理工藝、改進絕緣墊條的黏貼工藝、以及提高防油霧、防顆粒雜質的技術水平，是預防600MW汽輪發電機轉子發生匝間短路故障的有效措施，對于提高發電機的發電效率、保證發電機的安全穩定運行具有重要的意義。

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作者簡介

楊文廣（1986- ），2012年畢業于東北電力大學，先從事電氣專業工作，碩士，工程師。