某电厂600 MW汽轮发电机转子匝间短路故障诊断和处理

2016-05-10 09:00刘建峰任章鳌

湖南电力 2016年1期

关键词：汽轮发电匝间两极

刘建峰，任章鳌

(1.湖南华电长沙发电有限公司，湖南长沙410203；2.国网湖南电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

某电厂600 MW汽轮发电机转子匝间短路故障诊断和处理

Diagnosis and treatment of turn-to-turn short circuit of 600 MW generator rotor windings

刘建峰1，任章鳌2

(1.湖南华电长沙发电有限公司，湖南长沙410203；2.国网湖南电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

某电厂600 MW汽轮发电机机组大修期间，通过采用RSO重复脉冲法、交流阻抗及损耗、两极电压平衡等方法，诊断出转子存在匝间短路故障。发电机厂家现场解体证实发电机转子线圈存在匝间短路故障，故障点位置与试验判断一致，通过细致的检修工艺处理，转子试验数据合格后投入运行正常。

汽轮机；转子匝间短路；故障诊断；处理工艺

发电机转子匝间短路是汽轮发电机常见的故障之一，发电机转子结构复杂。绕组间匝间绝缘薄，容易发生匝间短路，对发电机的设备安全和电网的稳定有重大危害〔1－4〕。近年来，大型汽轮发电机转子匝间短路故障频繁发生，严重时，会使发电机转子励磁电流增大、发电机无功出力降低，不平衡的匝间短路会引起机组剧烈振动，匝间短路产生的电弧烧损对地绝缘进而发展成接地故障。因而机组大修时应进行转子检查和试验〔5〕。

文中通过交流阻抗及损耗、RSO重复脉冲法、两极电压平衡等方法，诊断出转子存在匝间短路故障。

1 发电机参数和故障情况

汽轮发电机型号为QFSN－600－2－22C，额定功率为600 MW，定子电压为20 kV，转子额定电压为400.1 V，额定电流为4 387 A，发电机转速为3 000 r/min，制造厂家为东方电机股份有限公司，出厂日期2003年。

2013年4月，电厂进行了发电机组大修。大修启动后，发电机7号瓦Y向振动在600 MW负荷时超标，最大值达到73 μm。2013年大修后发电机转子动态交流阻抗数据不合格，与往年数据相比阻抗变小，功率变大，从数据上分析有匝间短路迹象。

2 故障分析和讨论

2.1 交流阻抗和损耗测试

如果转子存在匝间短路故障时，有效励磁绕组匝数减少，即转子绕组的交流阻抗变小，施加相同的交流电压，绕组中流过的电流增大，损耗随之增加。通过测量交流阻抗及损耗，可以判断转子是否发生匝间短路故障，该方法简单实用，在《电力设备预防性试验规程》DL/T 596—1996中明确规定发电机大修时必须做该项试验。

但是用测量交流阻抗和损耗的变化来判断转子绕组有无匝间短路时应注意在同状态(膛内、膛外、静态、动态)、同电压下比较。即使在相同的短路状态下，短路线匝中的短路电流也不同，其去磁作用所引起的阻抗下降和损耗增加的程度也不同，所以难以出具统一的标准，仅能将现测量值与历次测量值及历史值进行比较，并结合其他的测试方法，综合判断后再作定论。转子绕组历次交流阻抗及功率损耗试验值见表1，2。

表1 转子膛外交流阻抗及功率损耗

表2 转子额定转速下交流阻抗及功率损耗

由表1，2可知，发电机转子在膛外时，2013年测量结果同2009年测量数据相比，电流增大了5.99%，交流阻抗减小了4.98%，功率损耗增大了7.3%。发电机转子在额定转速时，2013年测量结果同2009年测量数据相比，电流增大了15.1%，交流阻抗减小了13.1%，功率损耗增大了11.47%。从转子交流阻抗和损耗数据分析，发电机转子发生匝间短路故障的可能性较大。为进一步验证和研究是否发生匝问短路故障，进行两极电压平衡和RSO重复脉冲试验。

2.2 RSO重复脉冲法测试

RSO(Repetitive Surge Oscilloscope)是一种利用行波反射技术来捡测发电机转子绕组故障的试验方法。RSO试验接线如图1所示，RSO装置从发电机转子绕组分别注入两个相同波的双波信号，并用一个示波器从转子绕组的另一侧捕获反射信号。

图1 RSO试验接线图

该发电机转子在处理前RSO波形如图2所示，仪器注入的探测信号和捕捉到的反射信号不完全重叠，有明显的弯曲波动，表明转子存在匝间短路情况。

图2 处理前RSO波形

2.3 两极电压平衡测试

发电机转子绕组无故障时，转子两极绕组具有很好的对称性，两极中点相对转子正、负极之间的电位差是相同的。当转子发生匝间短路故障或接地时，转子两极绕组的对称性发生破坏，因此中点相对正、负两极的电位差将发生偏移，偏移的大小取决于匝间短路的数量和位置。2013年转子绕组两极电压平衡试验测量结果见表3。

表3 两极电压平衡测试结果V

从表3可以看出，发电机转子处理前两极的电压偏差高达15.3 V，说明转子两极绕组的电压差存在很大不平衡度，结合之前的不同测试方法的结果可以判定转子绕组存在匝间短路故障，转子处理后两极电压基本平衡。

3 转子绕组检查

为进一步确定转子存在匝间短路的情况，对发电机转子护环进行拔除，发现转子存在的一些问题，2极8号线圈从上往下数2—3匝存在匝间绝缘破损，1极3号线圈也存在匝间绝缘破损的情况。转子两个端部表面及槽部存在较多的油污。转子端部顺轴垫块存在部分断裂的情况。

转子经拔护环对本体进行检查的情况来看，转子绕组确实存在匝间短路的情况，由此证实了之前分析的正确性。

4 转子绕组处理

转子解体处理，先拔下汽、励端转子护环，拆出转子端头槽楔，拆除护环绝缘、阻尼绕组，用无水酒精清理干净阻尼绕组，做好标记便于回装原位。对端部存在匝间短路的分两种情况处理:匝间短路点在端部可以操作的直接对匝间短路点处更换端部匝间绝缘处理，不能拆除线圈操作的，可先退出所在的转子槽楔，取下槽楔下的垫条，若匝间短路点在直线部位，则直接拆除所在槽线圈、更换匝间垫条。

通过对端部匝间绝缘仔细检查发现3号槽、7号槽励磁端部同样存在匝间绝缘薄弱现象，并且7号槽存在线圈端部错位缺陷。分别退出8号、4号、3号、7号槽楔，吊出对应槽内转子线圈，对其更换复合纸绝缘材料，并校正7号槽端部线圈错位缺陷，线圈修复成功。修复后进行通风试验和整体电气试验后合格。2014年修复后转子交流阻抗数据见表4，5，两极电压平衡测试结果见表6。处理后，该发电机转子RSO试验波形如图3所示，图中两个信号脉冲反向后叠加，波形为一条直线，表明两个信号重合度一致，转子无匝间短路。