下村水電站3號發(fā)電機定子直流電阻不平衡問題淺析

李盤

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川蒼溪，628400)

1 下村水電站簡概

下村水電站于2010年10月建成投入運行。水輪發(fā)電機額定功率7500kW，額定電壓10.5kV,額定電流515.5A，廠家為杭州大路發(fā)電設(shè)備有限公司。2019年12月3日，下村電站在例行年末預(yù)防性試驗中發(fā)現(xiàn)3號發(fā)電機定子繞組直流電阻不平衡率2.7%，依照中國大唐QCDT 107001-2005《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程》，“汽輪發(fā)電機各相或各分支的直流電阻值，在校正了由于引線長度不同而引起的誤差后相互間差別以及與初次(出廠或交接時)測量值比較，相差不得大于最小值的1.5%(水輪發(fā)電機為1%)”規(guī)定，判斷本次試驗不合格。

2 問題確認

問題出現(xiàn)后，下村電站立即組織開展對3號發(fā)電機進行跟蹤檢測、分析、監(jiān)督運行，分別在2019年12月16日和2020年2月26日對3號發(fā)電機定子直阻進行了復(fù)測，不平衡率跟之前結(jié)果相同。隨后，下村電站尋求水電院技術(shù)支持，開展現(xiàn)場監(jiān)測分析并提出解決意見。2020年3月4日水電院派出技術(shù)人員到達下村電站現(xiàn)場，對發(fā)電機的直阻進行了復(fù)測，測試結(jié)果跟預(yù)防性試驗的結(jié)果相同，A相直阻超標接近2mΩ，排除了測試儀器和測試方法造成的影響。

3 故障分析

主要從定子繞組直流電阻增大是由于發(fā)電機受到機組振動、電流沖擊、機械力的作用下可能導(dǎo)致線棒導(dǎo)線斷股或由于設(shè)備制造過程中接頭焊接工藝質(zhì)量不良，如焊接斷股、虛焊、脫焊等問題，造成繞組端部接頭的接觸電阻增大引起方向進行分析。2020年3月12日-20日，下村電站從以下幾方面組織開展了3號發(fā)電機定子繞組直流電阻不平衡“故障點”排查。

3.1 運行分析結(jié)果

通過查閱3號機組相關(guān)運行記錄，未發(fā)生過差動、復(fù)壓閉鎖過流保護動作事件，未發(fā)生過定子接地、非同期并列、抬機、震蕩、振動超限等故障和過負荷、進相運行等異常運行狀態(tài)對定子的震動影響。

3.2 發(fā)電機檢查結(jié)果

3號發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子本體各部檢查正常。轉(zhuǎn)子磁極、磁極鍵、磁軛、轉(zhuǎn)子支架未發(fā)現(xiàn)松動、變形；定子鐵芯、夾件、螺栓等未發(fā)現(xiàn)松動、變形；定子線圈端部、線圈匯流線、匯流排均未發(fā)現(xiàn)塑性變形和損傷；絕緣層無明顯變色、脆化、損傷及過熱痕跡。

3.3 運行觀察跟蹤情況

2019年12月-2020年3月，3號發(fā)電機進行了觀察運行。機端電壓、電流及勵磁電壓及電流無明顯波動、跳變、不平衡等異常現(xiàn)象；定子線圈、鐵芯、空冷器冷熱風(fēng)及各部溫度無明顯升高、突變、超限等異常。期間進行了3次定子繞組直流電阻和絕緣電阻檢測，發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子絕緣電阻合格，直流電阻歷次檢測數(shù)據(jù)無明顯變化。

4 故障查找

按照水電院對下村電站3號發(fā)電機定子繞組直流電阻不平衡隱患處理意見函的要求，2020年3月12日-20日，水電院和下村電站聯(lián)合開展了3號發(fā)電機定子繞組直流不平衡故障點查找工作，結(jié)果如下。

4.1 直流電橋法

用直流電阻測試儀給A相定子繞組加入20A恒定的直流電流，采用橡皮錘使用“敲擊法”，對A相定子繞組78個線圈大小過橋線和匯流排的焊接接頭等部位，進行了長達2h敲擊試驗，過程中直流電阻基本無變比。因此，判斷定子繞組大小過橋線及匯流排等無明顯脫焊、開裂等現(xiàn)象。

4.2 紅外線測溫法

通過對定子繞組模擬加入80%左右的額定直流電流，使定子線圈端部大小過橋線的接頭部位發(fā)熱，查找當(dāng)中的異常發(fā)熱點，即接觸電阻偏大的故障點。這種方法要控制好定子繞組加熱溫度在70℃左右，以免溫度過高造成定子繞組絕緣加速老化。

用定子盤車柜對3號發(fā)電機A相定子繞組施加400A穩(wěn)定直流電流，待線圈溫度上升至49℃并穩(wěn)定后，采用紅外成像儀檢測A相各大小過橋線連接點溫度。根據(jù)對A相溫度的統(tǒng)計，結(jié)果見表1。

由表1可以看出，41℃～44℃有15個點，44℃～46℃有3個點。由于考慮只給A相加熱，測量過橋線接頭溫度要花費兩小時，并且繞組溫度散熱快，前后測溫誤差大，實際測試發(fā)熱溫度只比平均溫度高4℃，不具有異常發(fā)熱點。

為了能將溫度加熱均勻，測量時保證散熱效果基本相同。改用將3號發(fā)電機A、B、C三相定子繞組串聯(lián)后，使用盤車柜施加500A(額定電流的97%)直流電流，待線圈溫度上升至70℃并穩(wěn)定后，測試人員冒著70℃的高溫，爬到定轉(zhuǎn)子之間的狹小空間，使用紅外成像儀檢測三相定子繞組各過橋線連接點溫度，A、B、C三相測點各80個。測試結(jié)果分析后見表2。

表2 A、B、C三相定子繞組各過橋線連接點溫度檢測

由表2可知，A、B相各測點溫度平均值47.75℃，C相各測點溫度平均值48.54℃，高于測點平均溫度A相46點、B相45點、C相41點；發(fā)電機短過橋線溫度在42℃～59℃之間，53℃以上A相20個點、B相19點、C相25點；長過橋線溫度在34℃～55℃之間，42℃以上A相17個點、B相19個點、C相20個點。由于三相發(fā)熱點多，但發(fā)熱點與平均溫度相差不是很大，直阻偏大的A相焊接點最高溫度點比平均值大概高10℃，無法判斷明顯的故障點。

對紅外測溫法篩選出來的疑似發(fā)熱點，采用電壓降法進行故障點驗證。下村電站使用盤車柜對發(fā)電機A相施加320A直流電流(端電壓20V)，分別量取A1-A2(過橋線50℃)、A7-A8(過橋線56℃)、A10-A11(過橋線59℃)過橋線100mm打孔，采用DA-16型晶體管毫伏表測量電壓降分別為0.41mV、0.47mV、0.5mV。從而算出焊接頭的接觸電阻溫度最高的只有2μΩ左右，不能判斷此點為異常發(fā)熱點。

5 情況分析及建議

2020年3月27日由下村電站牽頭，匯同上級技術(shù)支持部門、發(fā)電機廠專家召開了針對下村電站3號發(fā)電機定子直阻不平衡問題的研討會。根據(jù)以上故障點的排查結(jié)果，廠家認為下村電站3號發(fā)電機定子繞組過橋線、匯流排等同相測點溫度高、低點分散在不同部位，相鄰點位溫差較小，三相最高、最低溫度無明顯差別且分布均勻，均無突出的高溫點，無明顯直接影響直流電阻不平衡率的故障點，A相較C相高出的2mΩ可能由很多連接點和線圈直流電阻壘加產(chǎn)生。就目前發(fā)電機狀態(tài)，不會對運行造成安全影響。經(jīng)會議一致決定，建議目前下村電站對3號發(fā)電機監(jiān)控運行，監(jiān)測定子繞組和鐵芯的溫升，監(jiān)測發(fā)電機機端三相電壓與電流是否平衡，每月復(fù)查定子直阻不平衡的變化趨勢。待豐水期后，結(jié)合檢修安排發(fā)電機大修，徹底處理定子直阻不平衡隱患問題。