660MW 机组发电机转子绕组匝间短路故障分析

660MW 机组发电机转子绕组匝间短路故障分析

朱德峰 钱伟

华电芜湖发电有限公司 安徽 芜湖 241300

摘 要：

发电机的正常运行状态能够直接影响整体生产工序以及系统的运行价值，本文主要借助了某厂660mw机组发电机转子绕组匝间短路故障作为研究案例，详细阐述了故障分析全过程，结合多种试验手段，最终确定故障类型及位置，并提出检修方案，为660mw汽轮发电机转子绕组匝间短路故障排查工作提供参考。

关键词：660mw机组；发电机；转子绕组；匝间短路故障

引言

转子作为发电机核心部件，其制造工艺复杂，如若加工不良则易发生绕组固定不牢、倒角不规范及垫块松动等工艺性缺陷。发电机正常运行时，转子处于复杂的电磁环境中，受到电磁力、热应力、离心力等多种外力共同作用，导致转子绕组易发生位移、变形甚至局部绝缘损伤等情况。因而转子绕组在如此多因素作用下易发生匝间短路故障，甚至转子绕组接地故障，对机组的安全稳定运行产生巨大威胁。因此建立在660mw发电机转子匝间短路故障的基础上，分析诊断方法，进而检查影响因素，不只是本文论述的重点，更是提升660mw发电机组运行质量的重要技术。

本文针对一台 660MW 发电机转子匝间短路故障，应用交流阻抗法、重复脉冲法、两极电压平衡法等方法综合诊断，并结合现场解体检查情况对分析结果进行验证

一、660mw 发电机设备概况及运行情况

为了进一步提升对发电机组短路故障的细节分析和研究，本文以安徽某电厂的汽轮发电机作为案例进行分析，该汽轮发电机发电机为东方电机有限公司制造，型号QFSN-660-2-22自并励发电机，冷却方式为水氢氢冷为，在2007年设计完成并投入生产。其额定功率为660mw，定子电压为22kv，该发电机组在2011年投产，在2012年、2014年、2016年进行了设备大修和检查，在这几次检查过程中尚未发现转子交流阻抗试验的结果出现异常情况，表明发电机的整体运行状态较为良好，且励磁电流正常无异常，相关数据范围符合标准，2020 年10月发电机进行大修，转子在膛内进行交流阻抗测量，发现与出厂试验数据相比，阻抗值降低 7.15%，功率损耗增加 6.3%，于是对发电机转子进行进一步诊断。

二、现场故障分析
（一）直流电阻检测
转子直流电阻测试是检修试验和诊断试验中的重要项目，首先针对发电机的转子直流电阻进行测试，在对发电机的转子直流电阻进行测试之后，需要将测试的结果进行转化为20℃时的值，如表1所示。
表1：发电机的转子绕组直流电阻检测

从表 1 中的数据可知，我们可以得出在相同的温度下，与出厂时发动机的直流电阻值相比，当前运行中的发电机直流电阻下降了近 0.4%，偏差不超过 1%，虽然未能达到故障标准的差别 2% ，但是这也不能排除发电机的转子绕组出现故障的几率。这是因为很多转子绕组匝间短路故障，是来自某一点发生了局部故障，对于整体的直流电阻的影响不够明显，只有当短路故障发生基数较多时，才会出现整体的电阻值下降的现象，所以这种方法用来检验匝间短路，灵敏度不高，若要完全判断匝间绝缘良好与否，还需要结合其他方式进行检测。
（二）交流阻抗以及功率损耗检测
建立在直流电阻值检测基础上形成的进一步检测诊断方式是交流阻抗以及功率损耗法检测，因为在故障之后，转子绕组的励磁线圈会变少，所以其阻抗值会有比较明显下降的反应，而且会提高功率的损耗数值。因此有必要进行交流阻抗以及功率损耗实验，其结果，见下表2。
表2：发电机交流阻抗和功率损耗试验结果

从上表 2 中数据可得：当外施交流电压为 100V时，交流阻抗值降低5.7%，功率损耗增加 5.8%；当电压升至 160V 时，交流阻抗值降低 6%，功率损耗增加5.1%；当电压达到 200V 时，交流阻抗值降低 7.4%，功率损耗增加 4.4%。比较本次试验结果和出厂值来看，交流阻抗值明显降低，功率损耗在增加，转子发生匝间短路的可能性非常大，需进一步开展试验诊断。
（三）重复脉冲诊断法检测
利用重复脉冲法进行转子绕组检测，可以进一步提升对故障发生几率的判断有效性。通过记录重复脉冲的反馈信号来实现对转子绕组匝间状态的分析，并且建立在脉冲波的传播特性基础上来，分析受波的阻抗特性，本次案例中的重复脉冲法传播示意图如图1所示。若转子绕组中的某一点（A）出现短路后，那么脉冲传播到该点时，波阻抗会出现一定程度上的变化，即Z1≠Z2，将本次重复脉冲法测试之后形成的波形图进行展示（图2），之后能够发现，正极以及负极绕组之间存在着一处不重合的响应波形，因此便可以判断在该线圈位置存在着短路情况。
图1：重复脉冲法示意图
图2：本案例中的重复脉冲法波形图
从上图 2可看出，转子正、负极绕组的波形有两处位置明显不重合，差值在 0.4V左右，又从测试波形的响应时间来看，可以大概判断出转子7号线圈的绕组出现匝间短路。

（四）匝间电压分布试验检测

进行匝间电压分布试验，在怀疑匝间短路的 P1 极 7 号线圈处，测量相邻两匝之间的电压差，分别记做 U12、U23……U67，如下表3所示

表3：发电机的转子绕组匝间电压分布试验

根据上表匝间电压分布试验的结果，我们能够发现在7号线圈的第2、3匝之间出现了短路情况，

三、现场检查情况
为了进一步检查确认发电机转子绕组匝间短路故障严重程度，明确故障产生的主要原因并对故障线圈进行修理更换。电厂对发电机进行了现场拔护环处理。拆除两侧大护环后，首先利用肉眼观察第2、3匝之间是否存在着明显的短路点，若无法发现明确的短路点则需要将线圈进行退焊处理。我们发现在距离槽口385mm处有故障点。故障点主要体现在匝间的双层绝缘已经出现了碳化情况，主要是由于高温燃烧导致的，因此可以判断是铁磁异物导致了短路燃烧，形成破损点，如下图3所示。

图3：本案例中匝间短路点及其因此的孔洞

解体检查发现的故障点与前文的分析诊断结果具有很好的一致性，进一步验证了几项试验的综合判断的准确性。

四、小结

（1）可参照 DL/T1525 标准中的要求采用交流阻抗和功率损耗法和重复脉冲法对转子绕组匝间短路早期潜伏性故障进行试验发现，怀疑有故障后需采用极电压平衡法、线圈电压法和匝间电压分布法进行综合分析诊断；
（2）在转子检修试验中，重复脉冲法较传统的交流阻抗法具有灵敏度高、可定位、操作便捷的优点，应按照《防止电力生产事故的二十五项重点要求》开展相关试验；
（3）匝间电压分布测量结果对于绕组匝间短路的定位十分有效，提高了故障诊断的准确性。

（4）随着当前发动机组的运行压力不断增加转子绕组匝间短路情况的形成原因也更加复杂，因此为了进一步提升故障的检测效率和维修效率，必须要不断优化当前的技术体系，以满足设备的运行需求以及工艺发展的生产需求。
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作者简介

朱德峰，男，技师，华电芜湖发电有限公司，从事电气检修维修工作

钱伟，男，助理工程师，华电芜湖发电有限公司，从事电气检修维护工作