尹文俊,王淑華

(1.廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司,廣州 510000;2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院,武漢 430072)

1000 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障

尹文俊1,王淑華2

(1.廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司,廣州 510000;2.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院,武漢 430072)

對某電廠1000MW汽輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的軸振動(dòng)異常為例進(jìn)行了分析。在結(jié)合運(yùn)行記錄和大修試驗(yàn)檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)分析后,認(rèn)為轉(zhuǎn)子存在早期匝間短路隱患。就大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間故障診斷方法及存在的問題進(jìn)行了研究。

汽輪發(fā)電機(jī);轉(zhuǎn)子繞組;匝間短路

1 前言

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是發(fā)電機(jī)的兩大部件之一,由于工作在高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下,同時(shí)受到機(jī)、電、熱等多種復(fù)雜因素的影響,其故障分析診斷技術(shù)比較復(fù)雜,一直是發(fā)電機(jī)檢修技術(shù)的難點(diǎn)。

近幾年來,大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子頻繁出現(xiàn)匝間短路故障,轉(zhuǎn)子早期匝間短路故障特征并不明顯,如果匝間短路故障不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),則這類故障會產(chǎn)生很大的危害,短路點(diǎn)局部過熱會導(dǎo)致絕緣燒損接地、線棒過熱會導(dǎo)致變形或燒熔,進(jìn)一步發(fā)展會造成燒壞護(hù)環(huán)、大軸磁化,或燒傷軸頸和軸瓦等,甚至?xí)斐赊D(zhuǎn)子燒損事故,轉(zhuǎn)子匝間短路故障的早期檢測是相當(dāng)重要的[1]。

2 故障情況及診斷

2.1 故障情況

某電廠#4發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中轉(zhuǎn)子存在振動(dòng)異常現(xiàn)象。主要表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子運(yùn)行中其振動(dòng)幅值有些偏大,且與負(fù)荷、無功及勵(lì)磁電流之間存在著較強(qiáng)的正相關(guān)性特征,懷疑該轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障。

2.2 診斷過程

2.2.1 停機(jī)前的試驗(yàn)檢測

為了檢查是否存在故障隱患,該機(jī)組利用停機(jī)機(jī)會對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了降速過程和盤車狀態(tài)的交流阻抗及損耗試驗(yàn)和RSO試驗(yàn),試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成曲線,如圖1和圖2所示。圖1是阻抗隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線,圖2則是損耗隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線。

圖1 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降過程中交流阻抗隨轉(zhuǎn)速的變化曲線

圖2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降過程中,損耗隨轉(zhuǎn)速的變化曲線

從圖1和圖2可以明顯看出,在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降過程中,轉(zhuǎn)子繞組的阻抗及損耗存在著一定的突變現(xiàn)象,表明轉(zhuǎn)子繞組可能存在著不穩(wěn)定的相對位移。

表1 轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)交流阻抗及損耗試驗(yàn)結(jié)果 (盤車狀態(tài))

如表1交流阻抗及損耗試驗(yàn)結(jié)果所示,將盤車狀態(tài)測試數(shù)據(jù)與該機(jī)組調(diào)試期間的數(shù)據(jù)相比較,發(fā)現(xiàn)4#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子目前的交流阻抗變小了 (5.83-5.491)=0.339 Ω,變化率為5.81%;損耗也由5000 W增大為6015.2W,變化率為20.3%。由于轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)后的交流阻抗及損耗值均會有所變化,因此,表1中的數(shù)據(jù)變化是否屬于沖轉(zhuǎn)后的正常變化,或是由于其它原因 (如匝間短路故障)引起的異常變化,尚且不能下定論[2-3]。

圖3 轉(zhuǎn)子盤車狀態(tài)下的RSO試驗(yàn)結(jié)果

RSO試驗(yàn)結(jié)果顯示轉(zhuǎn)子在盤車狀態(tài)下內(nèi)部不存在金屬性或非金屬性的匝間短路故障,如圖3,可以看到正、負(fù)極兩條響應(yīng)曲線幾本完全重合,兩條曲線的電壓差幾乎為一條電壓為零的水平直線[4]。

2.2.2 大修期間的試驗(yàn)結(jié)果

為了進(jìn)一步查明情況,在發(fā)電機(jī)大修期間又對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了膛外的絕緣電阻、直流電阻、兩極電壓平衡、兩極電壓分布試驗(yàn),測量出的轉(zhuǎn)子繞組直流電阻值與出廠值相比幾乎一致,轉(zhuǎn)子繞組兩極電壓差與最小值相比相差1.2%,也在合格范圍內(nèi),當(dāng)差值小于3%時(shí)可認(rèn)為轉(zhuǎn)子不存在匝間短路故障)。但直流電阻和兩極電壓分布試驗(yàn)都存在一定的局限性,無論機(jī)械式或電子式的直阻儀在測量直流電阻時(shí)都容易受接觸導(dǎo)線的電阻和轉(zhuǎn)子溫度的影響使測量結(jié)果存在一定的誤差,而極平衡試驗(yàn)在當(dāng)兩極同時(shí)存在對稱的匝間短路點(diǎn),此時(shí)電壓也會接近相等。

圖4 轉(zhuǎn)子兩極繞組的交流電壓分布曲線

最后通過做轉(zhuǎn)子兩極電壓分部試驗(yàn),可以更全面的了解轉(zhuǎn)子繞組短路情況,把兩極電壓分布試驗(yàn)的結(jié)果的數(shù)據(jù)繪成曲線,如圖4所示。正常情況下,兩極的對應(yīng)線圈上的電壓是十分接近的。從圖4可以看出,3號線圈的兩極電壓曲線有所偏差,達(dá)到 (13.13-12.77)=0.36V。根據(jù)JB/ T8446-2005《隱極式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路測定方法》中的有關(guān)規(guī)定,各對應(yīng)線圈的電壓差應(yīng)不大于最大值的3%,3號線圈的電壓差0.36V與最大值相差0.36/13.13=2.7%。雖然沒有超過標(biāo)準(zhǔn)值但已相當(dāng)接近,說明極1的3號線圈匝間絕緣可能存在著一定程度的匝間短路隱患。

2.2.3 發(fā)電機(jī)檢修后運(yùn)行情況

由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)都在合格范圍內(nèi),故此次檢修未對轉(zhuǎn)子進(jìn)一步處理。發(fā)電機(jī)修后并網(wǎng)投運(yùn)時(shí)繼續(xù)觀察了其運(yùn)行情況 (如圖5),發(fā)現(xiàn)10#瓦 (定子勵(lì)側(cè))的振動(dòng)依然明顯與負(fù)荷的變化成正相關(guān)性,其中 Y軸方向振動(dòng)偏大 (滿負(fù)荷時(shí)達(dá)到113.8)。說明了轉(zhuǎn)子的振動(dòng)是受到不均勻的電磁力影響,且隨著勵(lì)磁電流的變化而變化,這也是匝間短路的典型特征[5-8]。

圖5 4#發(fā)電機(jī)運(yùn)行記錄

3 結(jié)束語

從試驗(yàn)結(jié)果來看,轉(zhuǎn)子內(nèi)部不存在金屬性的匝間短路故障,這與動(dòng)態(tài)下的判斷互相矛盾。其實(shí),只要確認(rèn)轉(zhuǎn)子在動(dòng)態(tài)下確實(shí)存在開頭說的匝間短路動(dòng)態(tài)特征,就不必懷疑靜態(tài)下查不到匝間短路故障的診斷結(jié)論。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)實(shí)際帶負(fù)荷運(yùn)行下,轉(zhuǎn)子處于3000 r/min的高速旋轉(zhuǎn)中,轉(zhuǎn)子繞組不僅承受著巨大的離心力的作用,同時(shí)還承受著巨大的電磁力、以及數(shù)千安培勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的熱應(yīng)力 (轉(zhuǎn)子繞組會膨脹)的作用。因此,轉(zhuǎn)子繞組同一線圈之間的各匝之間不僅受離心力作用壓得非常緊,而且相互之間可能還會有一定的相對位移。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于盤車或者靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),上述各種應(yīng)力都會大大減弱甚至消失,原來由于離心力及熱應(yīng)力所造成的線圈之間的位移也完全可能發(fā)生顯著的改變。因此,在轉(zhuǎn)子帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下因某兩匝之間發(fā)生擠壓摩擦造成匝間短路的故障部位,在不同轉(zhuǎn)速或負(fù)載狀態(tài)下可能會自行消除短路狀態(tài)。1000 MW機(jī)組轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中振動(dòng)幅度明顯和負(fù)荷的變化呈正相關(guān)性,機(jī)組解列降速過程中的交流阻抗及損耗值存在著一定突變現(xiàn)象,膛外交流電壓分布試驗(yàn)顯示3號線圈的兩極電壓有明顯偏差。所以我門認(rèn)為雖然試驗(yàn)數(shù)據(jù)都在合格范圍內(nèi),但綜合分析可以看出：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子依然存在一定的匝間短路隱患,只是短期內(nèi)還未發(fā)展到故障階段。

[1] 張征平,劉石,姚森敬,等.大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析與診斷 [M].北京：中國電力出版社,2011.

[2] 關(guān)建軍.大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診斷研究 [J].大電機(jī)技術(shù),2003,10(2)：18-27.

[3] 向保錄,左國榮.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 [J] .發(fā)電機(jī)設(shè)備,2009,23(4)：305-308.

[4] 袁亞偉.檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的RSO實(shí)驗(yàn)技術(shù)及其應(yīng)用分析 [J].電氣技術(shù),2010,10(4)：25-27.

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[7] 劉慶河.汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的檢測方法 [J].大電機(jī)技術(shù),2004,18(4)：13-16.

[8] 萬書亭,李和明,李永剛.轉(zhuǎn)子匝間短路對發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性的影響 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,5(10)：122-123.

Analysis of the Inter-turn Short Circuit of 1000 MW Turbo Generator Windings

YIN Wenjun1,WANG Shuhua2
(1.Guangzhou Yueneng Power Technology Development Co.Ltd,Guangzhou 510000; 2.School of Electrical Engineering Wuhan University,Wuhan 430072)

The anomaly of roller vibration occurred on the windings of a 1000 MW operating turbo generator was analyzed as an example.With the recording data of operation and large-scale repairing,it is believed that an incipient fault of early-stage inter-turn short circuit existing on the windings.The main methods and its problems during diagnosing inter-turn problems of large turbo generator rotor windings was studied and discussed;it also provides related experience and reference for the studies of similar large turbo generator sets.

turbo generator;rotor windings;inter-turn short circuit

TK26

B

1006-7345(2014)03-0090-03

2013-08-03

尹文俊 (1988),男,助理工程師,主要從事高壓電氣設(shè)備的試驗(yàn)、故障分析及診斷方面工作 (e-mail)403751861@qq.com。

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金 (武漢大學(xué)201120702020013)

王淑華 (1988),男,碩士研究生,研究方向?yàn)楦邏弘姎庠O(shè)備故障分析與診斷。