發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷及處理措施

張建鋒

（中電投電力工程有限公司，上海 200233）

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷及處理措施

張建鋒

（中電投電力工程有限公司，上海 200233）

隨著我國(guó)機(jī)電制造業(yè)的迅速發(fā)展，在促進(jìn)機(jī)電行業(yè)和其他相關(guān)行業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也帶來(lái)很多問(wèn)題。較為明顯的是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間的短路故障。本文主要通過(guò)實(shí)例分析了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路現(xiàn)象，以及故障的診斷方法，故障處理措施以及原因分析。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；匝間短路；診斷；處理措施；原因分析

近些年來(lái)，伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，致使發(fā)電裝機(jī)容量也相應(yīng)地增加。同時(shí)引起國(guó)內(nèi)一些發(fā)電機(jī)生產(chǎn)和制造商出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，而且也存在設(shè)備工藝和質(zhì)量出現(xiàn)誤差，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間出現(xiàn)短路故障，在發(fā)電機(jī)的溫度或是運(yùn)行速度降低的時(shí)候，短路故障會(huì)短暫地消失，這給故障檢測(cè)帶來(lái)了困難。而且，匝間短路故障需要較長(zhǎng)的時(shí)間去處理，因此，越早發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子匝間短路故障，并給予科學(xué)合理地檢修和處理，對(duì)于保證電廠機(jī)組穩(wěn)定、安全運(yùn)行具有重要的意義。本文通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子匝間短路處理實(shí)例進(jìn)行分析，探討了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的原因，以及提出了處理措施。希望對(duì)同類型的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障診斷分析具有一定的參考價(jià)值。

文中探討的發(fā)電機(jī)型號(hào)為：QFSN-600-2-22C，額定工作功率為600MW，采用水氫氫的方式進(jìn)行冷卻，額定工作氫壓為0.414MPa。勵(lì)磁方式為：全靜止可控硅機(jī)端自并勵(lì)。

1.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路問(wèn)題

（1）發(fā)電機(jī)機(jī)組運(yùn)行中轉(zhuǎn)子匝間短路故障的診斷。發(fā)電機(jī)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行轉(zhuǎn)子匝間故障分析診斷，一直是轉(zhuǎn)子匝間短路診斷的難題之一。在診斷過(guò)程中，如果判斷失誤，會(huì)給一些生產(chǎn)廠商帶來(lái)巨大的財(cái)產(chǎn)損失。發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行匝間短路故障診斷是在轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流變化和匝間短路導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子熱不平衡以及磁不平衡基礎(chǔ)上。有研究者證實(shí)，運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路通常具有兩個(gè)特征：一是轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常的振動(dòng)；二是勵(lì)磁電流相對(duì)增加。根據(jù)這兩個(gè)特征，和正常運(yùn)行的機(jī)組進(jìn)行對(duì)比，則可以較為快速地判斷出機(jī)組是否在運(yùn)行期間出現(xiàn)了匝間短路故障。通過(guò)對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比對(duì)，在負(fù)荷狀態(tài)相同的條件下，出現(xiàn)匝間短路的機(jī)組其勵(lì)磁電流比正常機(jī)組有所增加，有數(shù)據(jù)證明其增加幅度在2%～5%左右。通過(guò)這一現(xiàn)象可以初步判斷轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了匝間短路。

（2）發(fā)電機(jī)機(jī)組停機(jī)后的轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷。將發(fā)電機(jī)機(jī)組停運(yùn)后，進(jìn)行轉(zhuǎn)子膛內(nèi)電氣試驗(yàn)，可以進(jìn)一步判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路，同時(shí)也是進(jìn)一步驗(yàn)證，以防止由于失誤判斷導(dǎo)致的不必要損失。而且，通過(guò)調(diào)控發(fā)電機(jī)機(jī)組使其轉(zhuǎn)速逐漸降低的同時(shí)，還可以通過(guò)不同轉(zhuǎn)速下的交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)，比較和判斷匝間短路類型。轉(zhuǎn)子膛內(nèi)電氣試驗(yàn)主要包括直流電阻測(cè)量、RSO試驗(yàn)（重復(fù)脈沖波形法試驗(yàn)）等。而直流電阻測(cè)量則是利用對(duì)轉(zhuǎn)子直流電阻的測(cè)量來(lái)判斷轉(zhuǎn)子匝間是否發(fā)生短路故障。一般認(rèn)為當(dāng)直流電阻變化2%，則可以判斷轉(zhuǎn)子可能存在匝間短路。重復(fù)脈沖波形法試驗(yàn)是利用行波技術(shù)的波過(guò)程理論進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)在檢測(cè)的過(guò)程中，如果遇到阻抗突變會(huì)導(dǎo)致波發(fā)生不同程度的反射或折射，導(dǎo)致在監(jiān)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)到波形不一樣的波形曲線。雖然目前我國(guó)RSO試驗(yàn)沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是該方法在檢測(cè)轉(zhuǎn)子匝間短路故障和發(fā)現(xiàn)早期匝間短路中卻被廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)獲得的波形圖進(jìn)行分析，如果存在多處的不吻合，則說(shuō)明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組存在多點(diǎn)匝間短路問(wèn)題。

2.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障原因分析

（1）轉(zhuǎn)子線圈“R”部位的加工處理不嚴(yán)謹(jǐn)。轉(zhuǎn)子端部線圈銅排在折彎的過(guò)程中，由于對(duì)彎處外側(cè)的拉伸，以及對(duì)內(nèi)側(cè)的壓縮用力不均等造成在壓縮處形成局部的“凸點(diǎn)”，同時(shí)由于生產(chǎn)廠家對(duì)“凸點(diǎn)”的處理不嚴(yán)謹(jǐn)和不到位，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在運(yùn)行期間局部的“凸點(diǎn)”的存在，匝間絕緣材料的長(zhǎng)期磨損而形成短路。

（2）轉(zhuǎn)子線圈端部固定結(jié)構(gòu)不合理。在機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，線圈出現(xiàn)較大的位移，以及形狀的改變是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子匝間短路的關(guān)鍵因素。在轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的位置的變化，甚至導(dǎo)致線圈發(fā)生形狀的改變，上下層之間的絕緣層在其他力的作用下被逐漸磨損，最后導(dǎo)致轉(zhuǎn)子匝間短路的發(fā)生。

3.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障處理措施

（1）現(xiàn)場(chǎng)處理。現(xiàn)場(chǎng)處理中較為常用的是膛外檢查，通過(guò)技術(shù)人員對(duì)轉(zhuǎn)子可能存在的動(dòng)態(tài)多點(diǎn)匝間短路情況進(jìn)行分析，決定對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行膛外檢查。技術(shù)人員利用內(nèi)窺鏡對(duì)轉(zhuǎn)子線圈的形狀是否發(fā)生變化進(jìn)行檢查，如果未能發(fā)現(xiàn)較為顯著的故障點(diǎn)，還需要通過(guò)兩極電壓平衡試驗(yàn)和繞組分布電壓試驗(yàn)進(jìn)行配合來(lái)進(jìn)一步檢測(cè)。通?，F(xiàn)場(chǎng)處理的效果不如返廠處理，將設(shè)備送至廠家處理更有保證。在轉(zhuǎn)子匝間發(fā)生短路后，通常需要拔護(hù)環(huán)，抬線圈等處理?，F(xiàn)場(chǎng)處理僅能保證設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)可以正常運(yùn)行，而后又出現(xiàn)類似的故障。因此，建議在進(jìn)行了初步的現(xiàn)場(chǎng)處理后，為確保機(jī)組正常高效、長(zhǎng)期、穩(wěn)定的運(yùn)行，還是將轉(zhuǎn)子返廠進(jìn)行徹底檢查和修理。

（2）返廠處理。返廠處理，主要是對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行抬線圈檢測(cè)，通過(guò)對(duì)線圈勵(lì)端正極和勵(lì)端負(fù)極不同位點(diǎn)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)并處理匝間短路位點(diǎn)。雖然返廠處理需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，需要的維修費(fèi)用也較高，但是返廠處理的效率更高。若是在現(xiàn)場(chǎng)處理中，初步可以判斷為轉(zhuǎn)子是多點(diǎn)動(dòng)態(tài)匝間短路，建議將轉(zhuǎn)子直接返廠進(jìn)行處理。

（3）其他建議。在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，及時(shí)與生產(chǎn)廠家進(jìn)行溝通，盡量縮短返廠處理的維修工期。同時(shí)，盡量選擇技術(shù)力量過(guò)硬，經(jīng)驗(yàn)豐富的現(xiàn)場(chǎng)處理技術(shù)人員，這對(duì)于設(shè)備的搶修和后期的返廠處理具有重要的指導(dǎo)意義。同時(shí)，對(duì)縮短檢修工期，降低經(jīng)濟(jì)損失有重要作用。

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