300 MW發電機轉子線圈斷線故障的分析與處理

王會勤，何朝暉

（浙能溫州發電有限公司，浙江 溫州 325602）

300 MW發電機轉子線圈斷線故障的分析與處理

王會勤，何朝暉

（浙能溫州發電有限公司，浙江 溫州 325602）

某300 MW發電機組在A修期間，通過試驗發現發電機轉子繞組的直流電阻異常，采用不同角度下測量轉子直流電阻的方法確認了轉子線圈故障。簡要介紹了線圈的修復過程，依據轉子解體后觀測到的故障現象進行分析，提出了可能產生的原因，以便進一步的探討與研究。

發電機；轉子；線圈；斷線；分析；修復

1 概況

某發電廠4號發電機系上海汽輪發電機廠生產，型號為 QFSN2-300-2，額定有功功率300 MW，額定定子電壓20 kV，無刷勵磁，冷卻方式為水氫氫，于2001年9月投入商業運行。2009年11月，4號發電機進行投運以來的第二次A級檢修，修前機組的各項運行參數正常。

4號發電機解體后，在抽轉子前對發電機轉子進行膛內試驗，轉子交流阻抗試驗正常，與歷次試驗值比較無明顯變化。但直流電阻的測試值偏大，為145 mΩ（環境溫度為21℃），換算到15℃時直流電阻值為141.6 mΩ（以下直流電阻數據均為換算值），與出廠標準值、交接試驗值及上次A修試驗值相比，均有大幅增加（見表1）。

測試結果大大超過了DL/T 596-1996《電力設備預防性試驗規程》的要求，即“所測結果與出廠時測量值相比較，兩者之間的差值不應超過出廠測量值的2%”。根據以上情況，初步認為轉子導電螺桿可能接觸不良引起直流電阻的測試值偏大。

表1 直流電阻值的比較

2 轉子線圈斷線的診斷試驗

在發電機抽出轉子后，按照標準工藝對轉子的兩側導電螺桿重新進行拆裝，測量轉子的直流電阻為114.42 mΩ，與出廠標準值比較增大了22.77%，仍然超過規程規定。

再次拆除轉子的兩側導電螺桿，同時緩慢轉動轉子，采用幾種不同型號的直流電阻測試儀器和QJ44雙臂電橋，在轉子不同角度下，對轉子線圈兩端直接進行測量，并經多次反復試驗，排除測量誤差后的試驗結果均不合格。測試結果轉子的直流電阻均大于107 mΩ，比標準值至少增大15%，大大超過了規程“不大于±2%”的要求，見表2。

表2中轉子線圈直流電阻值表明，轉子在不同轉角下的轉子直流電阻是一個變量。轉子線圈沒有斷線時，電阻值為一定量，如果斷線則由于轉子線圈在不同轉角時，斷線部位受力不同，使其阻值也相應發生變化。由此可以判斷轉子線圈可能存在斷線故障。分析認為轉子繞組內部存在接觸不良或部分軟連接銅片斷裂的可能性較大，決定進行返廠檢查處理。

表2 轉子不同角度下直流電阻值

3 轉子線圈故障情況與修復處理

4號發電機轉子運返廠家后，進行了檢測和檢查：轉子對地絕緣電阻＞100 mΩ，直流電阻122 mΩ，仍然超標；轉子兩極平衡試驗，分別為95.8 V，103.9 V，兩極不平衡；轉子月亮槽槽口有過熱、油漆脫落現象。

拉開轉子勵側大護環后，檢查發現轉子勵側線圈有多處接頭脫焊現象，見圖1，2，護環內部分槽楔與絕緣件有過熱現象，見圖3。

圖1 發電機轉子勵側線圈8號槽內層聯接頭脫焊

根據轉子勵端檢查情況，初步分析整個轉子繞組有過熱現象。在拆除聯軸器和汽側大護環后，對轉子線圈進行解體，檢查了所有槽內線圈的表層部分，發現槽內通風孔處局部存在過熱痕跡。檢查所有線圈的層間和匝間絕緣墊，未發現有發熱跡象。在轉子線圈解體過程中發現除了表面幾個接頭脫焊以外，還發現28處接頭脫焊。

圖2 發電機轉子勵側線圈8號槽外層聯接頭脫焊

圖3 發電機轉子勵側線圈表面有過熱現象

至此，完全確定了4號發電機轉子線圈存在的重大缺陷，也證明了試驗和判斷的準確性。

根據上述檢查結果，為使轉子修復后能達到原設計要求，確保安全可靠運行，并考慮到轉子線圈大量的、普遍性的缺陷。決定對轉子繞組線圈進行整體更新處理。

（1）更換槽絕緣及槽底墊條，轉軸清理并進行全軸探傷，轉子護環、風葉及聯軸器進行清理并探傷等，更換護環絕緣。

（2）按新機工藝要求進行重新嵌線，并進行相應的電氣試驗及氣密試驗。

（3）轉子修復后，進行轉子動平衡超速試驗，轉速為3 450 r/min，熱運轉。進行通風試驗，并進行平衡校調。

轉子修復后，在穿轉子前進行了相關的轉子直流電阻及交流阻抗試驗。結合機組的整體啟動試驗，按A修標準進行相應的啟動試驗，4號機組恢復正常運行。

4 轉子線圈斷線的原因分析

4.1 負序電流的影響

根據轉子月亮槽槽口有過熱、油漆脫落現象及護環內槽楔與絕緣件有過熱的現象，有分析認為在發電機運行中，定子中存在負序電流，引起轉子的負序渦流發熱，轉子可能出現局部的高溫。負序電流引起的電磁力與熱應力使轉子端部線圈焊接頭脫焊，但定子中負序電流產生的渦流主要對轉子表層線圈產生影響，不可能對轉子的內層接頭產生影響；護環內槽楔與絕緣件有過熱現象則可能是由于加熱護環的工藝所致，可見負序電流致使轉子脫焊的觀點缺乏事實依據。

4.2 轉子線圈內部力的作用

轉子線圈在運行中高速旋轉，具有較大的轉動慣量，線圈所受的離心力和張力都較大。如果線圈的焊接口存在工藝質量欠缺，經較長時間運行后，就有可能造成脫焊，接頭脫焊開裂后引起局部過熱。就轉子繞組線匝來看，護環內側端部的轉子線圈剛性最差，在高速轉動下所受離心力、擠壓應力、溫度應力、高頻應力又最大。而轉子線圈的所有接頭都集中在兩側的護環內，兩側護環部位的銅導線僅有絕緣筒套緊，銅導線與絕緣筒套之間以及絕緣筒套與護環之間都有一定的間隙存在，因此兩側護環部位的銅導線存在一定的變形空間，同時在電、熱和機械等應力綜合作用下，端部的銅導線受到較大的彎曲應力，線圈端部線匝產生相應的彎曲變形、位移，致使焊接點和連接處斷裂、磨損或松動，最后導致斷裂。

綜合上述分析，筆者認為4號發電機轉子斷線故障原因是由于制造工藝中存在焊接缺陷的可能性最大。廠家的焊接質量僅靠操作人員目視檢查。焊接質量不佳引起部份參數達不到設計要求，在運行中無法承受離心力、張力及熱應力的作用，最終形成斷線。

5 結論

（1）轉子的直流電阻測試作為轉子線圈是否有異常的基本檢查方法，在機組檢修時宜作為發電機修前試驗項目。

（2）轉子在不同角度下的直流電阻測試可以消除導電螺桿接觸電阻帶來的干擾，是判斷線圈是否斷線的重要手段，能及早發現故障，為后期檢修工作留下時間。

（3）發電機轉子線圈脫焊、斷線的成因復雜，焊接質量不良是形成轉子線圈斷線的主要原因，而其他可能形成這一缺陷的因素，還有待于進一步的研究與探討。

[1]陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].北京：中國科學技術出版社，2001.

[2]DL/T 596-1996電力設備預防性試驗規程[S].北京：中國電力出版社，1997.

（本文編輯：楊 勇）

Analysis and Treatment of Disconnection Faults of 300 MW Generator Rotor Coil

WANG Hui-qin，HE Chao-hui

（Zheneng Wenzhou Power Generation Co.Ltd.,Wenzhou Zhejiang 325602,China）

The DC resistance abnormities of rotor coil of a 300 MW unit were detected through test during overhaul.The faults of rotor coil were identified by measuring the DC resistance with angle deviations.This paper introduces the repairing process of the coil，analyzes the observed faults after the disassembly of the rotor and puts forward the possible reasons for further discussion and study.

generator；rotor；coil；disconnection；analysis；repair

TM307

B

1007-1881（2010）09-0036-03

2010-07-09

王會勤（1967-），男，浙江溫州人，工程師，長期從事發電廠電氣設備管理工作。