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        某電廠600 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷和處理

        2016-05-10 09:00:17劉建峰任章鰲
        湖南電力 2016年1期
        關(guān)鍵詞:汽輪發(fā)電兩極匝間

        劉建峰,任章鰲

        (1.湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司,湖南長(zhǎng)沙410203;2.國(guó)網(wǎng)湖南電力公司電力科學(xué)研究院,湖南長(zhǎng)沙410007)

        某電廠600 MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷和處理

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

        劉建峰1,任章鰲2

        (1.湖南華電長(zhǎng)沙發(fā)電有限公司,湖南長(zhǎng)沙410203;2.國(guó)網(wǎng)湖南電力公司電力科學(xué)研究院,湖南長(zhǎng)沙410007)

        某電廠600 MW汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組大修期間,通過(guò)采用RSO重復(fù)脈沖法、交流阻抗及損耗、兩極電壓平衡等方法,診斷出轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障。發(fā)電機(jī)廠家現(xiàn)場(chǎng)解體證實(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈存在匝間短路故障,故障點(diǎn)位置與試驗(yàn)判斷一致,通過(guò)細(xì)致的檢修工藝處理,轉(zhuǎn)子試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格后投入運(yùn)行正常。

        汽輪機(jī);轉(zhuǎn)子匝間短路;故障診斷;處理工藝

        發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路是汽輪發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障之一,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜。繞組間匝間絕緣薄,容易發(fā)生匝間短路,對(duì)發(fā)電機(jī)的設(shè)備安全和電網(wǎng)的穩(wěn)定有重大危害〔1-4〕。近年來(lái),大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障頻繁發(fā)生,嚴(yán)重時(shí),會(huì)使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流增大、發(fā)電機(jī)無(wú)功出力降低,不平衡的匝間短路會(huì)引起機(jī)組劇烈振動(dòng),匝間短路產(chǎn)生的電弧燒損對(duì)地絕緣進(jìn)而發(fā)展成接地故障。因而機(jī)組大修時(shí)應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)子檢查和試驗(yàn)〔5〕。

        文中通過(guò)交流阻抗及損耗、RSO重復(fù)脈沖法、兩極電壓平衡等方法,診斷出轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障。

        1 發(fā)電機(jī)參數(shù)和故障情況

        汽輪發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-600-2-22C,額定功率為600 MW,定子電壓為20 kV,轉(zhuǎn)子額定電壓為400.1 V,額定電流為4 387 A,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,制造廠家為東方電機(jī)股份有限公司,出廠日期2003年。

        2013年4月,電廠進(jìn)行了發(fā)電機(jī)組大修。大修啟動(dòng)后,發(fā)電機(jī)7號(hào)瓦Y向振動(dòng)在600 MW負(fù)荷時(shí)超標(biāo),最大值達(dá)到73 μm。2013年大修后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)交流阻抗數(shù)據(jù)不合格,與往年數(shù)據(jù)相比阻抗變小,功率變大,從數(shù)據(jù)上分析有匝間短路跡象。

        2 故障分析和討論

        2.1 交流阻抗和損耗測(cè)試

        如果轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障時(shí),有效勵(lì)磁繞組匝數(shù)減少,即轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗變小,施加相同的交流電壓,繞組中流過(guò)的電流增大,損耗隨之增加。通過(guò)測(cè)量交流阻抗及損耗,可以判斷轉(zhuǎn)子是否發(fā)生匝間短路故障,該方法簡(jiǎn)單實(shí)用,在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 596—1996中明確規(guī)定發(fā)電機(jī)大修時(shí)必須做該項(xiàng)試驗(yàn)。

        但是用測(cè)量交流阻抗和損耗的變化來(lái)判斷轉(zhuǎn)子繞組有無(wú)匝間短路時(shí)應(yīng)注意在同狀態(tài)(膛內(nèi)、膛外、靜態(tài)、動(dòng)態(tài))、同電壓下比較。即使在相同的短路狀態(tài)下,短路線匝中的短路電流也不同,其去磁作用所引起的阻抗下降和損耗增加的程度也不同,所以難以出具統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),僅能將現(xiàn)測(cè)量值與歷次測(cè)量值及歷史值進(jìn)行比較,并結(jié)合其他的測(cè)試方法,綜合判斷后再作定論。轉(zhuǎn)子繞組歷次交流阻抗及功率損耗試驗(yàn)值見(jiàn)表1,2。

        表1 轉(zhuǎn)子膛外交流阻抗及功率損耗

        表2 轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速下交流阻抗及功率損耗

        由表1,2可知,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在膛外時(shí),2013年測(cè)量結(jié)果同2009年測(cè)量數(shù)據(jù)相比,電流增大了5.99%,交流阻抗減小了4.98%,功率損耗增大了7.3%。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速時(shí),2013年測(cè)量結(jié)果同2009年測(cè)量數(shù)據(jù)相比,電流增大了15.1%,交流阻抗減小了13.1%,功率損耗增大了11.47%。從轉(zhuǎn)子交流阻抗和損耗數(shù)據(jù)分析,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路故障的可能性較大。為進(jìn)一步驗(yàn)證和研究是否發(fā)生匝問(wèn)短路故障,進(jìn)行兩極電壓平衡和RSO重復(fù)脈沖試驗(yàn)。

        2.2 RSO重復(fù)脈沖法測(cè)試

        RSO(Repetitive Surge Oscilloscope)是一種利用行波反射技術(shù)來(lái)?yè)鞙y(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組故障的試驗(yàn)方法。RSO試驗(yàn)接線如圖1所示,RSO裝置從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組分別注入兩個(gè)相同波的雙波信號(hào),并用一個(gè)示波器從轉(zhuǎn)子繞組的另一側(cè)捕獲反射信號(hào)。

        圖1 RSO試驗(yàn)接線圖

        該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在處理前RSO波形如圖2所示,儀器注入的探測(cè)信號(hào)和捕捉到的反射信號(hào)不完全重疊,有明顯的彎曲波動(dòng),表明轉(zhuǎn)子存在匝間短路情況。

        圖2 處理前RSO波形

        2.3 兩極電壓平衡測(cè)試

        發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組無(wú)故障時(shí),轉(zhuǎn)子兩極繞組具有很好的對(duì)稱(chēng)性,兩極中點(diǎn)相對(duì)轉(zhuǎn)子正、負(fù)極之間的電位差是相同的。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路故障或接地時(shí),轉(zhuǎn)子兩極繞組的對(duì)稱(chēng)性發(fā)生破壞,因此中點(diǎn)相對(duì)正、負(fù)兩極的電位差將發(fā)生偏移,偏移的大小取決于匝間短路的數(shù)量和位置。2013年轉(zhuǎn)子繞組兩極電壓平衡試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3。

        表3 兩極電壓平衡測(cè)試結(jié)果V

        從表3可以看出,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子處理前兩極的電壓偏差高達(dá)15.3 V,說(shuō)明轉(zhuǎn)子兩極繞組的電壓差存在很大不平衡度,結(jié)合之前的不同測(cè)試方法的結(jié)果可以判定轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路故障,轉(zhuǎn)子處理后兩極電壓基本平衡。

        3 轉(zhuǎn)子繞組檢查

        為進(jìn)一步確定轉(zhuǎn)子存在匝間短路的情況,對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)進(jìn)行拔除,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子存在的一些問(wèn)題,2極8號(hào)線圈從上往下數(shù)2—3匝存在匝間絕緣破損,1極3號(hào)線圈也存在匝間絕緣破損的情況。轉(zhuǎn)子兩個(gè)端部表面及槽部存在較多的油污。轉(zhuǎn)子端部順軸墊塊存在部分?jǐn)嗔训那闆r。

        轉(zhuǎn)子經(jīng)拔護(hù)環(huán)對(duì)本體進(jìn)行檢查的情況來(lái)看,轉(zhuǎn)子繞組確實(shí)存在匝間短路的情況,由此證實(shí)了之前分析的正確性。

        4 轉(zhuǎn)子繞組處理

        轉(zhuǎn)子解體處理,先拔下汽、勵(lì)端轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán),拆出轉(zhuǎn)子端頭槽楔,拆除護(hù)環(huán)絕緣、阻尼繞組,用無(wú)水酒精清理干凈阻尼繞組,做好標(biāo)記便于回裝原位。對(duì)端部存在匝間短路的分兩種情況處理:匝間短路點(diǎn)在端部可以操作的直接對(duì)匝間短路點(diǎn)處更換端部匝間絕緣處理,不能拆除線圈操作的,可先退出所在的轉(zhuǎn)子槽楔,取下槽楔下的墊條,若匝間短路點(diǎn)在直線部位,則直接拆除所在槽線圈、更換匝間墊條。

        通過(guò)對(duì)端部匝間絕緣仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)槽、7號(hào)槽勵(lì)磁端部同樣存在匝間絕緣薄弱現(xiàn)象,并且7號(hào)槽存在線圈端部錯(cuò)位缺陷。分別退出8號(hào)、4號(hào)、3號(hào)、7號(hào)槽楔,吊出對(duì)應(yīng)槽內(nèi)轉(zhuǎn)子線圈,對(duì)其更換復(fù)合紙絕緣材料,并校正7號(hào)槽端部線圈錯(cuò)位缺陷,線圈修復(fù)成功。修復(fù)后進(jìn)行通風(fēng)試驗(yàn)和整體電氣試驗(yàn)后合格。2014年修復(fù)后轉(zhuǎn)子交流阻抗數(shù)據(jù)見(jiàn)表4,5,兩極電壓平衡測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。處理后,該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子RSO試驗(yàn)波形如圖3所示,圖中兩個(gè)信號(hào)脈沖反向后疊加,波形為一條直線,表明兩個(gè)信號(hào)重合度一致,轉(zhuǎn)子無(wú)匝間短路。

        表4 轉(zhuǎn)子膛外交流阻抗及功率損耗

        表5 轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速交流阻抗及功率損耗

        表6 兩極電壓平衡測(cè)試結(jié)果V

        5 故障分析

        汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,隨著負(fù)荷變化,轉(zhuǎn)子繞組受到很大的交變熱應(yīng)力,轉(zhuǎn)子匝間絕緣經(jīng)受?chē)?yán)峻的考驗(yàn)。對(duì)于該機(jī)型的發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子匝間短路的原因主要有:

        1)制造不良:線圈形狀不整齊或厚薄不均勻,磨損絕緣;線圈通風(fēng)孔周邊倒角存在毛刺;匝間絕緣固定不良,匝間絕緣移動(dòng)錯(cuò)位。

        2)異物短路:制造或者運(yùn)行過(guò)程中,金屬性異物進(jìn)入轉(zhuǎn)子導(dǎo)致匝間短路。

        3)污染:發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)油,污染轉(zhuǎn)子線圈表面,造成轉(zhuǎn)子匝間爬電形成短路。

        轉(zhuǎn)子匝間短路的防范措施主要有:改善轉(zhuǎn)子線圈彎形質(zhì)量,銅線加工后徹底清除毛刺,保證匝間絕緣的粘接質(zhì)量,保證下線過(guò)程中的清潔度及端部塊的裝配質(zhì)量等。

        圖3 處理后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子RSO波形

        6 結(jié)束語(yǔ)

        轉(zhuǎn)子匝間短路是發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障之一,故障的發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確診斷需要采用交流阻抗、轉(zhuǎn)子兩極電壓平衡和RSO試驗(yàn)等多種方法來(lái)綜合判斷。對(duì)東方電機(jī)廠的某種發(fā)電機(jī)提供了一個(gè)解決發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子匝間短路的實(shí)例,對(duì)于提升檢修工藝提供了良好的經(jīng)驗(yàn)。

        〔1〕關(guān)建軍.大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診斷研究〔J〕.大電機(jī)技術(shù),2003(2):18-22.

        〔2〕李鵬,張玲,代國(guó)超.汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的分析及處理〔J〕.水利電力機(jī)械,2007,29(12):123-126.

        〔3〕吳宇輝,席斌,余學(xué)文,等.一起汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路缺陷的查找與分析〔J〕.大電機(jī)技術(shù),2012(1):1-4.

        〔4〕李永剛,李和明,趙華.汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷新判據(jù)〔J〕.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2003,23(6):112-116.

        〔5〕唐芳軒,傅煜.隱極同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的分布電壓診斷法〔J〕.高壓電器,2005,41(1):72-73.

        TM621.3

        B

        1008-0198(2016)01-0069-03

        劉建峰(1976),男,湖南寧鄉(xiāng)人,本科,主要從事電氣檢修工作。

        10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.020

        2015-04-07 改回日期:2015-08-21

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