發電機轉子直流電阻異常的分析及處理

吳育濤

(惠州深能源豐達電力有限公司，廣東 惠州 516025)

0 引言

豐達電廠為2×180 MW 的聯合循環天然氣發電機組，燃機發電機有功功率為120 MW，汽機發電機有功功率為60 MW，燃機發電機采用奧地利伊凌公司生產的9A5 發電機，勵磁方式為無刷勵磁系統。2019 年2 月，檢修人員測量1 號發電機組轉子直流電阻時，發現與上一年測量數值相比，超過2 %，現場通過手動盤車至不同角度，直流電阻值均不相同，判斷為轉子內部存在松動或者接觸不良缺陷，需要將轉子返廠進行檢修。

1 檢查經過

2019 年2 月，年度檢修檢查1 號發電機轉子直流電阻為290.7 mΩ，查閱1 號發電機2017 年轉子直流電阻為262.3 mΩ，2018 年轉子直流電阻為262.0 mΩ，偏差分別為9.77 %和9.87 %，大于電力設備預防性試驗規程(DL/T 596—1996)中關于“直流電阻同溫度折算與歷次測試結果偏差不大于2 %”的要求。初步判斷為轉子內部存在松動或者接觸不良的缺陷，因此現場通過手動盤車裝置，將1 號發電機轉子順時針旋轉，每轉過45°后測量一次轉子直流電阻，總共旋轉8 個不同角度，將測量結果進行比較，以確定轉子內部是否存在接觸不良導致直流電阻異常，現場記錄電阻值如表1所示。現場測得直流電阻最大值為358.7 mΩ，與2018 年轉子直流電阻相比，最大偏差達到26.9 %，遠大于規程最大偏差不大于2 %的要求。在轉子旋轉8 個不同角度過程中，同時測量轉子對地絕緣電阻，均大于100 MΩ，絕緣電阻未發現明顯變化。

轉子直流電阻常規的測量位置均為圖1 的中的直流電阻測量點1，該位置可以測量出整個轉子的直流電阻，包括轉子線圈、導電螺釘和導電桿的直流電阻之和，在測量點1 測量8 個不同角度的直流電阻值均不相同，為了進一步確定缺陷位置在轉子線圈、導電螺釘還是導電桿，現場將電橋直接接到1 號線圈鵝頸柔性引線銅片連接位置進行測量，如圖1 中直流電阻測量點2 所示，不經過導電桿和導電螺釘，直接測量轉子線圈的直流電阻，同樣通過轉子旋轉不同角度，測量直流電阻，現場測得直流電阻值為253.5 mΩ，在旋轉不同角度下，均保持不變，可以排除轉子內部存在松動缺陷，確定故障點在轉子線圈外部的導電桿和導電螺釘。

表1 轉子在8 個不同角度直流電阻值

圖1 轉子直流電阻雙臂電橋接線位置

2 轉子直流電阻異常原因及危害

9A5 發電機轉子整體結構如圖2 所示，正負極兩條導電桿通過中間絕緣墊片進行隔離絕緣，穿入轉子大軸中心孔后，導電螺釘底部通過接觸片與導電桿凹槽卡緊，接觸片起到卡緊及導電的作用，上部通過鎖定螺帽將導電螺釘往徑向方向壓緊，由于轉子正負極均有一個鎖定螺帽，將正負極兩個螺帽旋緊后，將兩個導電螺釘相互徑向壓緊導電桿，實現導電桿和導電螺釘的整體固定，導電螺釘最頂部通過柔性引線銅片和1 號線圈焊接連接，最終和整個轉子正負極實現連接。現場檢修過程中，發現中間絕緣墊片存在松動，在中間絕緣墊片和導電桿之間存在大量白色的絕緣粉末， 可以確定導電桿、中間絕緣墊片、轉子大軸中心孔之間存在明顯的活動間隙，在機組運行中，中間絕緣墊片和導電桿之間存在摩擦間隙，不斷產生絕緣粉末。由于導電桿與轉子大軸中心孔存在活動間隙，將直接導致導電桿凹槽與導電螺釘底部之間的接觸面存在松動，當轉子在不同角度下，導電桿和導電螺釘所受到的重力方向不一樣，導致導電桿和導電螺釘接觸面的松緊程度不同，最終引起直流電阻異常。

圖2 轉子整體結構

機組運行過程中，轉子額定電流為1 000 A 左右，一旦轉子內部導電螺釘存在接觸不良的缺陷，轉子在額定電流長期運行時，將會很容易導致轉子直流電弧燒損，觸發轉子接地保護或失磁保護動作，最終導致轉子燒毀、發電機非計劃停運事件。該缺陷已引起同類型發電機轉子燒損事件，因此GE 公司在2016 年發出了關于伊凌9A5 及同類型發電機轉子導電螺釘檢查指引的技術通知，通知編號為TIL 1836-R2，需要用戶通過孔探的方式檢查導電螺釘至轉子1 號線圈之間是否存在由于摩擦間隙導致的金屬粉末，但是現場無法孔探到導電螺釘和導電桿的連接部位，僅通過外部形成的金屬粉來間接判斷，具有一定的局限性。轉子內部接觸不良，將會導致勵磁電流和勵磁電壓的變化，因此通過密切監測轉子勵磁電流和勵磁電壓的變化，可在一定程度上對轉子內部缺陷進行跟蹤觀察，但是無論是對導電螺釘的孔探，還是跟蹤勵磁電流、電壓的變化，都無法解決轉子直流電阻異常的缺陷，需要抽出發電機轉子，返廠更換轉子導電螺釘。

3 轉子導電螺釘改進優化方案

由于轉子原設計是導電螺釘通過接觸片卡入導電桿，再通過正負極兩個鎖定螺帽將兩根導電桿徑向壓緊正負極導電桿，最終實現固定連接，該設計存在的缺點就是一旦導電桿與中心孔之間存在間隙，導電桿將有活動的空間，會使原來壓緊的導電螺釘變得松動，由于豐達電廠為天然氣調峰電廠，運行小時數較少，發電機轉子長期處于低速盤車旋轉狀態，容易使導電桿間隙繼續加大，因此現場需要對上述結構進行優化， 以適應轉子頻繁啟動及長期盤車的運行狀況。由于卡緊結構導電螺釘在設計上無法滿足發電機調峰運行的需求，提出了采用螺紋結構導電螺釘的改進方案。返廠后，需要重新制作新的導電桿和導電螺釘，導電桿外絕緣采用硬度更強HGW38 絕緣管代替原設計的環氧樹脂膠絕緣，同時在導電桿安裝過程中，嚴格控制導電桿絕緣管和轉子中心孔之間的間隙，將間隙控制在0.25 mm 以內，防止導電桿外絕緣層和轉子中心孔再次出現磨粉現象。螺紋結構導電螺釘與導電桿通過鋼質的襯套進行連接，襯套外壁滾花處理，冷壓入導電桿加工位置，內孔為螺紋孔，和導電螺釘底部的螺紋配合安裝。導電螺釘通過底部螺紋旋緊襯套，襯套再壓緊導電桿，實現導電桿和導電螺釘的硬連接，導電螺釘外層通過絕緣墊圈和絕緣管進行絕緣，導電桿加工面及襯套均進行鍍銀5 μm 處理，以保證接觸面的導電效果。

4 轉子維修過程及試驗

轉子返廠后，為了能夠拆除導電螺釘，需要先拆除汽、勵端護環，拆除1 號線圈相關的槽楔、楔下墊條，將1 號線圈吊出后，可以完全看到導電螺釘，拆除導電螺釘及導電桿，將之前已制作好的新導電桿和導彈螺釘進行安裝，最后回裝1 號線圈及汽、勵端護環。

轉子回裝后，進行了轉子絕緣電阻、耐壓試驗、直流電阻、交流阻抗和RSO 試驗，結果均合格，表明轉子安裝良好，無短路現象。

轉子改造后，現場對轉子通過手動盤車方式，再次進行8 個不同角度直流電阻測量，現場測得轉子直流電阻值均為255.3 mΩ，轉子直流電阻不隨旋轉角度變化而變化，轉子直流電阻異常缺陷得到解決。

5 結束語

在年度檢修過程中，一般都是采用轉子靜止在隨機角度下測量直流電阻，不會采用將轉子手動盤車8 個不同角度，每個角度測量一次直流電阻的檢查方案。本次檢修之所以能發現缺陷，是因為2019 年測得的轉子直流電阻與之前的歷史試驗數據相比，轉子直流電阻偏差大于2 %，發現直流電阻異常后，才采用手動盤車檢查方案來測量直流電阻，最后確定轉子缺陷部位。因此在檢修過程中，要加強對歷史試驗數據的分析和對比，為發現設備存在的缺陷提供基礎和依據。

本次轉子直流電阻異常問題，是由于原來接觸片卡緊結構導電螺釘存在設計缺陷，無法滿足轉子頻繁啟動及長期盤車的運行狀況，隨著轉子運行時間的增加，該缺陷會逐漸暴露出來，直接表現為轉子在不同旋轉角度下，測得直流電阻值出現超標異常的現象。針對原導電螺釘的設計缺陷，采用螺紋結構導電螺釘的改進方案，消除了設計缺陷，提高了運行的可靠性。