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        關(guān)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的判斷及分析

        2019-11-10 06:14:22高升
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2019年30期
        關(guān)鍵詞:故障

        高升

        摘? 要:文章主要敘述了大型汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間出現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的判斷及分析方法,通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障現(xiàn)象的分析和檢測(cè)快速判斷出匝間短路故障位置,為后續(xù)處理方案的制定提供合理的依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)子繞組;匝間短路;故障

        中圖分類(lèi)號(hào):TM311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2095-2945(2019)30-0116-02

        Abstract: This paper mainly describes the judgment and analysis method of the turn-to-turn short circuit fault of the rotor winding during the operation of the large turbogenerator, and quickly determines the position of the turn-to-turn short circuit fault through the analysis and detection of the turn-to-turn short circuit fault of the generator rotor. The purpose of this paper is to provide a reasonable basis for the formulation of the follow-up treatment scheme.

        Keywords: rotor winding; turn-to-turn short circuit; fault

        近年來(lái),隨著用電量的增加發(fā)電機(jī)組數(shù)量、容量也跟隨著增加,從200MW的中小型發(fā)電機(jī),到1000MW的大型發(fā)電機(jī),都有各種不同的故障出現(xiàn),有的故障還是非常特殊的故障現(xiàn)象。此種情況可能跟近年來(lái)機(jī)組的負(fù)荷迅猛增長(zhǎng)有關(guān)系,也跟國(guó)內(nèi)前幾年新建發(fā)電機(jī)組數(shù)量的爆發(fā)性增長(zhǎng)有關(guān)系,還有就是與發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家的制造工藝有關(guān)。這些故障分布在發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、以及發(fā)電機(jī)外圍附屬設(shè)備等各個(gè)方面。不論是在定子線棒、繞組端部,還是在定子鐵芯,或是在轉(zhuǎn)子繞組方面,一旦出現(xiàn)故障將會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上重大的損失。在這里對(duì)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障分析、處理方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)跟大家進(jìn)行交流。

        1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障原因分析和檢測(cè)

        對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障現(xiàn)象、分析、診斷和處理過(guò)程中,需經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)過(guò)程:

        (1)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常,通過(guò)異常振動(dòng)現(xiàn)象來(lái)分析轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障。

        (2)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)停運(yùn)后,要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行定子膛內(nèi)相關(guān)的電氣試驗(yàn),以判斷是否存在匝間短路故障。

        (3)將轉(zhuǎn)子抽出發(fā)電機(jī)定子膛外后,進(jìn)行轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障點(diǎn)定位分析。

        (4)確定故障點(diǎn)后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理或返廠處理,并進(jìn)行故障發(fā)生原因進(jìn)行分析,以便有針對(duì)性地進(jìn)行處理。

        2 針對(duì)上述的檢測(cè)方法具體分析如下

        2.1 轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的匝間短路故障分析

        《GB7064-2008隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》中,正常運(yùn)行中的發(fā)電機(jī),其轉(zhuǎn)子一般保持在不大于80μm的振動(dòng)水平。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常振動(dòng)后,首先要對(duì)轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)的原因進(jìn)行分析,而造成轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)的電氣因素通常就是轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障。轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障使定子氣隙中的合成磁場(chǎng)發(fā)生畸變,轉(zhuǎn)子因受到了不平衡電磁力影響而發(fā)生振動(dòng),隨著勵(lì)磁電流的增加,轉(zhuǎn)子的振動(dòng)也相應(yīng)的增大,出現(xiàn)上述運(yùn)行狀態(tài)時(shí)應(yīng)當(dāng)懷疑轉(zhuǎn)子內(nèi)部可能發(fā)生了匝間短路的故障。

        2.2 轉(zhuǎn)子停運(yùn)后(轉(zhuǎn)子仍在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi))匝短故障的分析

        雖然可以通過(guò)上述轉(zhuǎn)子的振動(dòng)曲線與勵(lì)磁電流之間的相關(guān)性來(lái)分析轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障,但畢竟還沒(méi)有針對(duì)轉(zhuǎn)子繞組做過(guò)任何的電氣試驗(yàn)進(jìn)行檢查,因此,還缺少最直接的判斷依據(jù)。機(jī)組解列后,當(dāng)轉(zhuǎn)子仍在發(fā)電機(jī)膛內(nèi)時(shí),可以進(jìn)行以下電氣試驗(yàn)來(lái)判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障。

        (1)發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)。

        (2)轉(zhuǎn)子繞組直流電阻測(cè)量。

        (3)轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗和損耗試驗(yàn)。

        (4)RSO(Repetitive Surge Oscilloscope)試驗(yàn)。

        下面我們對(duì)于上述各種試驗(yàn)方法的特點(diǎn)做一個(gè)簡(jiǎn)要的分析。

        (1)發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)

        發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)是通過(guò)空載狀態(tài)下測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流,與歷史值進(jìn)行比較、分析其變化的程度來(lái)判斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障。存在匝間短路故障的轉(zhuǎn)子繞組,其空載電流要有所增大。不過(guò),當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路匝數(shù)較少時(shí),勵(lì)磁電流的增加不會(huì)很明顯,因此,空載試驗(yàn)只能作為判斷是否存在匝間短路故障的一種參考。

        (2)轉(zhuǎn)子繞組直流電阻測(cè)量

        當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)匝間短路故障時(shí),繞組的直流電阻值會(huì)相應(yīng)的變小,直流電阻測(cè)量是通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組直流電阻的數(shù)值來(lái)判斷轉(zhuǎn)子繞組匝間是否存在短路故障,不過(guò)當(dāng)發(fā)生匝間短路的繞組匝數(shù)很少時(shí)(例如只在兩匝之間發(fā)生了匝短,轉(zhuǎn)子繞組直流電阻值變化很小,而且這種變化量可能比測(cè)量?jī)x器的誤差范圍內(nèi),就很難準(zhǔn)確地判斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障,反之,這種方法還是十分簡(jiǎn)單有效的,如阻值偏差超過(guò)了5%時(shí)。

        (3)轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗和損耗試驗(yàn)

        轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗和損耗試驗(yàn)是判斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障的一種常用方法,無(wú)論轉(zhuǎn)子在發(fā)電機(jī)膛內(nèi)或是膛外,均可方便地進(jìn)行測(cè)量,實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明,交流阻抗和功率損耗這兩個(gè)參數(shù)在診斷轉(zhuǎn)子匝間短路故障時(shí),功率損耗要比交流阻抗敏感得多。對(duì)于轉(zhuǎn)子的交流阻抗來(lái)說(shuō),其阻抗下降10%的變化,往往并不能說(shuō)明轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路故障。但功率損耗值上升10%左右以上的變化,往往說(shuō)明轉(zhuǎn)子繞組很可能已存在匝間短路故障。不過(guò),這里不包含交接時(shí)的采用松打槽楔工藝的新轉(zhuǎn)子在首次超速前后的阻抗和損耗值的變化。因?yàn)椴捎盟纱虿坌üに嚨男罗D(zhuǎn)子在首次超速試驗(yàn)后,由于槽楔松緊度的顯著變化,往往會(huì)造成轉(zhuǎn)子交流阻抗和損耗值的較大變化。但是最新發(fā)行的DL/T1525-2016《隱極同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路診斷導(dǎo)則》中明確了交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)的條件及方式,并明確了判斷的原則;a.交流阻抗值與出廠數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)比較,減小超過(guò)10%;b.損耗與出廠數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)比較,增加超過(guò)10%;c.當(dāng)交流阻抗值與出廠數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)比較,減小超過(guò)8%,同時(shí)損耗與出廠數(shù)據(jù)或歷史數(shù)據(jù)比較,增加超過(guò)8%;d.在轉(zhuǎn)子升速與降速過(guò)程中,相鄰轉(zhuǎn)速下,相同電壓的交流阻抗或損耗值發(fā)生5%以上的突變時(shí)的情況之一應(yīng)判斷為故障。

        (4)重復(fù)脈沖波形(RSO)法

        RSO方法目前在檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障中有了越來(lái)越多的廣泛應(yīng)用,RSO方法基于轉(zhuǎn)子繞組的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu),分別從轉(zhuǎn)子的正、負(fù)兩極向轉(zhuǎn)子注入高頻脈沖信號(hào),將高頻脈沖的響應(yīng)波形進(jìn)行180度的換相重疊,通過(guò)比較對(duì)稱(chēng)性,驗(yàn)證轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路,正常情況下,兩條響應(yīng)曲線應(yīng)當(dāng)十分吻合,當(dāng)兩條曲線不吻合度達(dá)到一定的程度時(shí),即判斷轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障。這種檢測(cè)方法比較方便,使用此方法成功確認(rèn)了一臺(tái)被某省電科院確定存在4處匝間短的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為誤判的先例。圖1是應(yīng)用RSO方法檢測(cè)某電廠發(fā)電機(jī)(135MW)轉(zhuǎn)子匝間短路故障時(shí)的測(cè)量波形。從圖1中可見(jiàn),兩條曲線的吻合度很好,差異不顯著。為防止匝間短路出現(xiàn)在上層線棒中,我們?cè)跈C(jī)組0-3000r/min時(shí)錄制了動(dòng)態(tài)的RSO圖,見(jiàn)圖2,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,在錄制動(dòng)態(tài)RSO圖之前我們通過(guò)模擬各匝間發(fā)生短路后進(jìn)行了故障波形的錄制如圖3,綜合了機(jī)組之前的運(yùn)行情況分析認(rèn)為該轉(zhuǎn)子不存在匝間短路故障。

        3 轉(zhuǎn)子置于發(fā)電機(jī)定子膛外后,匝間短路故障點(diǎn)的定位分析

        轉(zhuǎn)子抽出來(lái)置于發(fā)電機(jī)定子膛外的檢修現(xiàn)場(chǎng)后,除了可以施行前面所講的轉(zhuǎn)子繞組直流電阻測(cè)量、轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)、重復(fù)脈沖波形(RSO)外,還可以進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)子匝短故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析。

        對(duì)匝間短路故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析是非常有意義的一項(xiàng)工作,以前只要判斷出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組確實(shí)存在匝短故障,就是返廠處理,修理好后返回安裝、運(yùn)行。不能在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)匝短故障點(diǎn)的具體部位進(jìn)行定位分析。如事先能準(zhǔn)確判斷出故障點(diǎn)的位置,就有可能在短時(shí)間內(nèi)處理好故障,從而節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力,挽回巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果能準(zhǔn)確判斷出故障點(diǎn)的部位,就可以有針對(duì)性地制定處理方案。

        當(dāng)轉(zhuǎn)子抽出來(lái)置于發(fā)電機(jī)檢修現(xiàn)場(chǎng)后,就可以方便地對(duì)匝間短路點(diǎn)的部位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。為了能準(zhǔn)確定位匝間短路故障位置,需要利用兩極繞組的對(duì)稱(chēng)性,并對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行直流試驗(yàn)。為了更精確地定位到匝短故障點(diǎn),可以利用轉(zhuǎn)子本體上的通風(fēng)孔來(lái)測(cè)量線圈各匝繞組的電壓分布,從而計(jì)算出匝間短路的故障點(diǎn)所處的位置。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        實(shí)際分析經(jīng)驗(yàn)表明,上述各種分析方法均有各自的適用性、對(duì)故障的敏感性、診斷的準(zhǔn)確度等各有差異。愿我們做過(guò)的工作對(duì)大家今后在轉(zhuǎn)子匝間短路故障的系統(tǒng)性分析時(shí)能有一些幫助,今后的工作中各位專(zhuān)家同仁,在轉(zhuǎn)子匝短故障方面有什么新的更好的方法,共同相互溝通交流,共同提高。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李偉清,王紹禹.發(fā)電機(jī)故障檢查分析與預(yù)防[M].中國(guó)電力出版社,1996.

        [2]李建明,朱康.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[M].中國(guó)電力出版社,2001.

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