600MW发电机转子绕组匝间短路故障判断

2016-05-09杨群发王东亚沈文华

综合智慧能源 2016年1期

关键词：线圈发电机

杨群发，王东亚，沈文华

(广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海　519050)

600MW发电机转子绕组匝间短路故障判断

杨群发，王东亚，沈文华

(广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海519050)

摘要:广东珠海金湾发电有限公司#3发电机大修时，现场试验发现转子绕组有匝间短路迹象。首先通过两极电压平衡试验确定存在匝间短路故障，然后通过绕组交流电压分布试验确定匝间短路故障所处的线圈。转子返厂修理时，根据试验结果拆出故障线圈，分析了短路原因并及时处理了故障绕组，保证了大修工期。

关键词:发电机;转子;匝间短路;线圈

0　引言

发电机转子绕组匝间短路故障在转子电气绝缘事故中占较大比例，如果不能及时发现并处理该类故障，则会对发电机的安全运行有极大危害。广东珠海金湾发电有限公司#3机组大修期间进行转子两极电压平衡试验时，发现转子匝间短路，本文结合目前发电机转子匝间短路的检测技术，对发电机转子匝间短路现场试验进行了分析和探讨。

1　设备概况

广东珠海金湾发电有限公司#3，#4机组为国产600 MW超临界机组。发电机为上海汽轮发电机有限公司生产的QFSN－600－2型汽轮发电机，额定容量为667 MV·A，2005年6月生产，2007年2月投运。转子为氢气冷却，共2个磁极，每极有8组转子线圈，每匝线圈由上下2根铜线组成，其中#1线圈为6匝，#2～#8线圈各为8匝，每圈导线由直线、弯角和端部圆弧组成。

2　匝间短路的判断

发电机转子绕组发生匝间短路故障的原因很多，一般包括制造和运行两方面原因。现场经验表明，发电机转子绕组匝间短路故障多发生在转子绕组端部，特别是有过桥连线的一端。轻微的转子绕组匝间短路故障对机组的正常运行影响不大，故障特征不十分明显，因此运行中的此类故障经常被忽略。但是，长期运行下去，不对称的匝间短路就会导致转子一点甚至两点接地故障，引起大轴烧损、转子剧烈振动以及转子严重磁化;同时，如果发电机长期在故障状态下运行，转子电流将明显增加，绕组的温度会升高，发电机寿命也将缩短，甚至导致恶性事故的发生:因此，早期通过试验确认匝间短路故障对机组安全运行有着重要的意义。

发电机转子匝间短路故障的判断有很多种方法，常用的方法有测量转子绕组直流电阻、比较发电机短路和空载特性曲线、测量转子绕组交流阻抗和功率损耗、测量单开口变压器的感应电势和相角、两极电压平衡试验、转子绕组电压分布试验、动态匝间短波形试验、重复脉冲(RSO)检测法和基于“振动－励磁电流关系曲线”的分析方法等许多方法，现场试验时，可以用其中任一试验方法来发现匝间短路隐患，并用其他的试验方法来验证。

2012年4月，#3机组大修时，现场在转子膛外进行了两极电压平衡试验，试验数据见表1。

表1　现场两极电压平衡试验数据

由两极电压平衡试验数据可以看出，两极电压偏差值远大于标准值3.0％［1］。确定转子存在异常后，现场做了转子绕组交流电压试验，试验数据见表2，电压分布曲线如图1所示。

表2　转子绕组交流电压分布试验数据

图1　现场转子绕组交流电压分布曲线

由转子绕组交流电压分布试验数据可知，极1与极2的#5线圈交流电压差值为5.43 V，极2的#5线圈存在匝间短路故障的可能性。2012年5月1日，采用压力约为0.7 MPa的高纯度氮气对极2的#5线圈通风孔进行吹扫，吹扫前、后两极电压平衡试验数据见表3。由表3可以看出，吹扫对电压偏差并没有影响，可确认转子极2的#5线圈存在稳定的匝间短路故障。结合现场实际情况，决定将此转子返厂进行修复。

表3　极2的#5线圈吹扫前、后试验数据

3　匝间短路点确认及处理措施

2012年5月7日，转子返厂后做了两极电压平衡试验。5月8日，转子经过校调，拆除转子汽侧和励端护环后，进行了两电压平衡数据的复测试验(试验数据见表4)和交流、直流槽电压分布试验(试验数据见表5，表中:直流为6.2 V，交流为200.0 V)。

表4　发电机厂两极电压平衡试验数据

由以上试验数据可以看出，校调后转子的两极电压平衡偏差只有0.4％，交、直流电压分布试验数据合格，两极槽电压分布完全对称，转子匝间短路故障现象消失。

针对以上现象进行如下分析。

表5　交、直流槽电压分布试验数据

(1)转子返厂后进行了上机校调，转子转动过程中，绕组各匝之间的机械应力会发生改变，可能造成极2的#5线圈原已短路的两匝之间相对位置发生轻微改变，有可能使短路点断开，故障消失。

(2)匝间存在异物，转子绕组运行中，频繁的热胀冷缩把匝间绝缘垫条磨穿，从而造成匝间短路。当转子转动后，导电物发生位移，使得试验数据合格。

虽然目前看故障已消除，但如果直接投入运行，故障随时可能再次出现，且运行中难以监测，严重时还有可能导致机组跳闸、转子烧毁。

经综合分析，决定对极2的#5线圈拆出进行检查处理。转子极2的#5线圈拆出后，发现励端左侧R进直线处第4、第5匝之间有明显的短路点，第4匝线圈铜线被灼伤且深度较深(如图2所示)，短路点间的匝间绝缘垫片被烧穿(如图3所示)。

图2　极2的#5线圈第4匝线圈短路点

至此，确认了转子匝间短路的具体位置。现场观察短路点灼伤深度，应该是多次电弧灼伤所致，分析此次短路的最大可能是短路点处有异物，慢慢将绝缘垫条磨穿，从而造成匝间短路。此短路点与初期试验数据判断吻合，证明现场试验判断正确，对发现转子匝间短路的判断提供了重要的理论依据，也符合“发电机转子绕组匝间短路故障多发生在转子绕组端部，特别是在有过桥连线的一端”的故障经验，因为过桥连线处需要进行铜线驳接打磨，存在遗留异物的可能性。