600MW發電機轉子繞組匝間短路故障判斷

楊群發，王東亞，沈文華

(廣東珠海金灣發電有限公司，廣東珠海　519050)

?

600MW發電機轉子繞組匝間短路故障判斷

楊群發，王東亞，沈文華

(廣東珠海金灣發電有限公司，廣東珠海519050)

摘要:廣東珠海金灣發電有限公司#3發電機大修時，現場試驗發現轉子繞組有匝間短路跡象。首先通過兩極電壓平衡試驗確定存在匝間短路故障，然后通過繞組交流電壓分布試驗確定匝間短路故障所處的線圈。轉子返廠修理時，根據試驗結果拆出故障線圈，分析了短路原因并及時處理了故障繞組，保證了大修工期。

關鍵詞:發電機;轉子;匝間短路;線圈

0　引言

發電機轉子繞組匝間短路故障在轉子電氣絕緣事故中占較大比例，如果不能及時發現并處理該類故障，則會對發電機的安全運行有極大危害。廣東珠海金灣發電有限公司#3機組大修期間進行轉子兩極電壓平衡試驗時，發現轉子匝間短路，本文結合目前發電機轉子匝間短路的檢測技術，對發電機轉子匝間短路現場試驗進行了分析和探討。

1　設備概況

廣東珠海金灣發電有限公司#3，#4機組為國產600 MW超臨界機組。發電機為上海汽輪發電機有限公司生產的QFSN－600－2型汽輪發電機，額定容量為667 MV·A，2005年6月生產，2007年2月投運。轉子為氫氣冷卻，共2個磁極，每極有8組轉子線圈，每匝線圈由上下2根銅線組成，其中#1線圈為6匝，#2～#8線圈各為8匝，每圈導線由直線、彎角和端部圓弧組成。

2　匝間短路的判斷

發電機轉子繞組發生匝間短路故障的原因很多，一般包括制造和運行兩方面原因。現場經驗表明，發電機轉子繞組匝間短路故障多發生在轉子繞組端部，特別是有過橋連線的一端。輕微的轉子繞組匝間短路故障對機組的正常運行影響不大，故障特征不十分明顯，因此運行中的此類故障經常被忽略。但是，長期運行下去，不對稱的匝間短路就會導致轉子一點甚至兩點接地故障，引起大軸燒損、轉子劇烈振動以及轉子嚴重磁化;同時，如果發電機長期在故障狀態下運行，轉子電流將明顯增加，繞組的溫度會升高，發電機壽命也將縮短，甚至導致惡性事故的發生:因此，早期通過試驗確認匝間短路故障對機組安全運行有著重要的意義。

發電機轉子匝間短路故障的判斷有很多種方法，常用的方法有測量轉子繞組直流電阻、比較發電機短路和空載特性曲線、測量轉子繞組交流阻抗和功率損耗、測量單開口變壓器的感應電勢和相角、兩極電壓平衡試驗、轉子繞組電壓分布試驗、動態匝間短波形試驗、重復脈沖(RSO)檢測法和基于“振動－勵磁電流關系曲線”的分析方法等許多方法，現場試驗時，可以用其中任一試驗方法來發現匝間短路隱患，并用其他的試驗方法來驗證。

2012年4月，#3機組大修時，現場在轉子膛外進行了兩極電壓平衡試驗，試驗數據見表1。

表1　現場兩極電壓平衡試驗數據

由兩極電壓平衡試驗數據可以看出，兩極電壓偏差值遠大于標準值3.0％［1］。確定轉子存在異常后，現場做了轉子繞組交流電壓試驗，試驗數據見表2，電壓分布曲線如圖1所示。

表2　轉子繞組交流電壓分布試驗數據

圖1　現場轉子繞組交流電壓分布曲線

由轉子繞組交流電壓分布試驗數據可知，極1與極2的#5線圈交流電壓差值為5.43 V，極2的#5線圈存在匝間短路故障的可能性。2012年5月1日，采用壓力約為0.7 MPa的高純度氮氣對極2的#5線圈通風孔進行吹掃，吹掃前、后兩極電壓平衡試驗數據見表3。由表3可以看出，吹掃對電壓偏差并沒有影響，可確認轉子極2的#5線圈存在穩定的匝間短路故障。結合現場實際情況，決定將此轉子返廠進行修復。

表3　極2的#5線圈吹掃前、后試驗數據

3　匝間短路點確認及處理措施

2012年5月7日，轉子返廠后做了兩極電壓平衡試驗。5月8日，轉子經過校調，拆除轉子汽側和勵端護環后，進行了兩電壓平衡數據的復測試驗(試驗數據見表4)和交流、直流槽電壓分布試驗(試驗數據見表5，表中:直流為6.2 V，交流為200.0 V)。

表4　發電機廠兩極電壓平衡試驗數據

由以上試驗數據可以看出，校調后轉子的兩極電壓平衡偏差只有0.4％，交、直流電壓分布試驗數據合格，兩極槽電壓分布完全對稱，轉子匝間短路故障現象消失。

針對以上現象進行如下分析。

表5　交、直流槽電壓分布試驗數據

(1)轉子返廠后進行了上機校調，轉子轉動過程中，繞組各匝之間的機械應力會發生改變，可能造成極2的#5線圈原已短路的兩匝之間相對位置發生輕微改變，有可能使短路點斷開，故障消失。

(2)匝間存在異物，轉子繞組運行中，頻繁的熱脹冷縮把匝間絕緣墊條磨穿，從而造成匝間短路。當轉子轉動后，導電物發生位移，使得試驗數據合格。

雖然目前看故障已消除，但如果直接投入運行，故障隨時可能再次出現，且運行中難以監測，嚴重時還有可能導致機組跳閘、轉子燒毀。

經綜合分析，決定對極2的#5線圈拆出進行檢查處理。轉子極2的#5線圈拆出后，發現勵端左側R進直線處第4、第5匝之間有明顯的短路點，第4匝線圈銅線被灼傷且深度較深(如圖2所示)，短路點間的匝間絕緣墊片被燒穿(如圖3所示)。

圖2　極2的#5線圈第4匝線圈短路點

至此，確認了轉子匝間短路的具體位置。現場觀察短路點灼傷深度，應該是多次電弧灼傷所致，分析此次短路的最大可能是短路點處有異物，慢慢將絕緣墊條磨穿，從而造成匝間短路。此短路點與初期試驗數據判斷吻合，證明現場試驗判斷正確，對發現轉子匝間短路的判斷提供了重要的理論依據，也符合“發電機轉子繞組匝間短路故障多發生在轉子繞組端部，特別是在有過橋連線的一端”的故障經驗，因為過橋連線處需要進行銅線駁接打磨，存在遺留異物的可能性。

圖3　匝間絕緣墊片燒穿

對極2的#5線圈第4匝短路處直線段銅排進行更換處理，退出全部槽楔，對轉子繞組線圈進行清理。

4　結束語

匝間短路前期，通過機組運行狀態進行故障判斷很重要，但機組大、小修時所做的試驗能更好地確認故障。

本次匝間故障定位方法為:首先通過兩極電壓平衡試驗確定匝間存在短路故障的可能性，然后再通過繞組交流電壓分布試驗確定匝間短路故障所處的線圈。根據此判斷，迅速確認了故障點，并且與實際相符;但是，試驗數據在轉子運轉狀態發生變化后恢復正常，可能造成誤判斷，這也是我們今后要考慮的問題。

參考文獻:

［1］隱極式同步發電機匝間短路測定方法: JB/T 8446—2005 ［S］.

(本文責編:劉芳)

楊群發(1967—)，男，廣東茂名人，高級工程師，從事電廠生產管理工作。

王東亞(1983—)，男，河南商丘人，工程師，從事電廠檢修管理工作(E-mail: dongya_2000@163.com)。

沈文華(1982—)，男，廣東韶關人，工程師，從事電廠檢修管理工作。

作者簡介:

收稿日期:2015－09－08;修回日期:2015－11－30

中圖分類號:TM 31; TM 621.3

文獻標志碼:B

文章編號:1674－1951(2016)01－0039－03