下村水電站3號發電機定子直流電阻不平衡問題淺析

李盤

(嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川蒼溪，628400)

1 下村水電站簡概

下村水電站于2010年10月建成投入運行。水輪發電機額定功率7500kW，額定電壓10.5kV,額定電流515.5A，廠家為杭州大路發電設備有限公司。2019年12月3日，下村電站在例行年末預防性試驗中發現3號發電機定子繞組直流電阻不平衡率2.7%，依照中國大唐QCDT 107001-2005《電力設備交接和預防性試驗規程》，“汽輪發電機各相或各分支的直流電阻值，在校正了由于引線長度不同而引起的誤差后相互間差別以及與初次(出廠或交接時)測量值比較，相差不得大于最小值的1.5%(水輪發電機為1%)”規定，判斷本次試驗不合格。

2 問題確認

問題出現后，下村電站立即組織開展對3號發電機進行跟蹤檢測、分析、監督運行，分別在2019年12月16日和2020年2月26日對3號發電機定子直阻進行了復測，不平衡率跟之前結果相同。隨后，下村電站尋求水電院技術支持，開展現場監測分析并提出解決意見。2020年3月4日水電院派出技術人員到達下村電站現場，對發電機的直阻進行了復測，測試結果跟預防性試驗的結果相同，A相直阻超標接近2mΩ，排除了測試儀器和測試方法造成的影響。

3 故障分析

主要從定子繞組直流電阻增大是由于發電機受到機組振動、電流沖擊、機械力的作用下可能導致線棒導線斷股或由于設備制造過程中接頭焊接工藝質量不良，如焊接斷股、虛焊、脫焊等問題，造成繞組端部接頭的接觸電阻增大引起方向進行分析。2020年3月12日-20日，下村電站從以下幾方面組織開展了3號發電機定子繞組直流電阻不平衡“故障點”排查。

3.1 運行分析結果

通過查閱3號機組相關運行記錄，未發生過差動、復壓閉鎖過流保護動作事件，未發生過定子接地、非同期并列、抬機、震蕩、振動超限等故障和過負荷、進相運行等異常運行狀態對定子的震動影響。

3.2 發電機檢查結果

3號發電機定、轉子本體各部檢查正常。轉子磁極、磁極鍵、磁軛、轉子支架未發現松動、變形；定子鐵芯、夾件、螺栓等未發現松動、變形；定子線圈端部、線圈匯流線、匯流排均未發現塑性變形和損傷；絕緣層無明顯變色、脆化、損傷及過熱痕跡。

3.3 運行觀察跟蹤情況

2019年12月-2020年3月，3號發電機進行了觀察運行。機端電壓、電流及勵磁電壓及電流無明顯波動、跳變、不平衡等異常現象；定子線圈、鐵芯、空冷器冷熱風及各部溫度無明顯升高、突變、超限等異常。期間進行了3次定子繞組直流電阻和絕緣電阻檢測，發電機定、轉子絕緣電阻合格，直流電阻歷次檢測數據無明顯變化。

4 故障查找

按照水電院對下村電站3號發電機定子繞組直流電阻不平衡隱患處理意見函的要求，2020年3月12日-20日，水電院和下村電站聯合開展了3號發電機定子繞組直流不平衡故障點查找工作，結果如下。

4.1 直流電橋法

用直流電阻測試儀給A相定子繞組加入20A恒定的直流電流，采用橡皮錘使用“敲擊法”，對A相定子繞組78個線圈大小過橋線和匯流排的焊接接頭等部位，進行了長達2h敲擊試驗，過程中直流電阻基本無變比。因此，判斷定子繞組大小過橋線及匯流排等無明顯脫焊、開裂等現象。

4.2 紅外線測溫法

通過對定子繞組模擬加入80%左右的額定直流電流，使定子線圈端部大小過橋線的接頭部位發熱，查找當中的異常發熱點，即接觸電阻偏大的故障點。這種方法要控制好定子繞組加熱溫度在70℃左右，以免溫度過高造成定子繞組絕緣加速老化。

用定子盤車柜對3號發電機A相定子繞組施加400A穩定直流電流，待線圈溫度上升至49℃并穩定后，采用紅外成像儀檢測A相各大小過橋線連接點溫度。根據對A相溫度的統計，結果見表1。

由表1可以看出，41℃～44℃有15個點，44℃～46℃有3個點。由于考慮只給A相加熱，測量過橋線接頭溫度要花費兩小時，并且繞組溫度散熱快，前后測溫誤差大，實際測試發熱溫度只比平均溫度高4℃，不具有異常發熱點。

為了能將溫度加熱均勻，測量時保證散熱效果基本相同。改用將3號發電機A、B、C三相定子繞組串聯后，使用盤車柜施加500A(額定電流的97%)直流電流，待線圈溫度上升至70℃并穩定后，測試人員冒著70℃的高溫，爬到定轉子之間的狹小空間，使用紅外成像儀檢測三相定子繞組各過橋線連接點溫度，A、B、C三相測點各80個。測試結果分析后見表2。

表2 A、B、C三相定子繞組各過橋線連接點溫度檢測

由表2可知，A、B相各測點溫度平均值47.75℃，C相各測點溫度平均值48.54℃，高于測點平均溫度A相46點、B相45點、C相41點；發電機短過橋線溫度在42℃～59℃之間，53℃以上A相20個點、B相19點、C相25點；長過橋線溫度在34℃～55℃之間，42℃以上A相17個點、B相19個點、C相20個點。由于三相發熱點多，但發熱點與平均溫度相差不是很大，直阻偏大的A相焊接點最高溫度點比平均值大概高10℃，無法判斷明顯的故障點。

對紅外測溫法篩選出來的疑似發熱點，采用電壓降法進行故障點驗證。下村電站使用盤車柜對發電機A相施加320A直流電流(端電壓20V)，分別量取A1-A2(過橋線50℃)、A7-A8(過橋線56℃)、A10-A11(過橋線59℃)過橋線100mm打孔，采用DA-16型晶體管毫伏表測量電壓降分別為0.41mV、0.47mV、0.5mV。從而算出焊接頭的接觸電阻溫度最高的只有2μΩ左右，不能判斷此點為異常發熱點。

5 情況分析及建議

2020年3月27日由下村電站牽頭，匯同上級技術支持部門、發電機廠專家召開了針對下村電站3號發電機定子直阻不平衡問題的研討會。根據以上故障點的排查結果，廠家認為下村電站3號發電機定子繞組過橋線、匯流排等同相測點溫度高、低點分散在不同部位，相鄰點位溫差較小，三相最高、最低溫度無明顯差別且分布均勻，均無突出的高溫點，無明顯直接影響直流電阻不平衡率的故障點，A相較C相高出的2mΩ可能由很多連接點和線圈直流電阻壘加產生。就目前發電機狀態，不會對運行造成安全影響。經會議一致決定，建議目前下村電站對3號發電機監控運行，監測定子繞組和鐵芯的溫升，監測發電機機端三相電壓與電流是否平衡，每月復查定子直阻不平衡的變化趨勢。待豐水期后，結合檢修安排發電機大修，徹底處理定子直阻不平衡隱患問題。