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        发电机匝间短路原因及预防措施分析

        某电厂装机容量为2500MW,定子线组的联接方式为3相6分支Y形联接,其绕组结构为叠绕组结构,并具有凸极结构的转子,磁极共21对,其长度为 2883mm,其中,磁极是由高导磁率的钢片加工而成,整个冲片是采用冲模一次冲成的方式,质量较高。然而,发电机在长时间的工作过程中,逐渐产生了一系列问题,其中比较严重的问题为发电机转子绕组匝间短路问题,这一问题不但影响了发电机的正常运转,还给国民经济造成了严重的损失。 

          1故障情况 

          该发电公司装有1000MW#8汽轮发电机(型号:QFSN-1000-2-27)转子更换Ⅰ极和Ⅱ极3#~8#顶匝线圈。但近年来,在8#发电机修理过程中,采用相应仪器测量转子磁极进行膛外交流阻抗时,发现存在异常现象,初步估计8# 磁极线圈存在匝间短路问题。而在对8#发电机转子磁极交流阻抗进行测试故障过程中,发现3#~7#电机线圈军存也在匝间短路问题。 

          2故障分析 

          2.1转子电气试验 

          主要进行了转子绕组直流电阻、绝缘电阻、交流阻抗及功率损耗,匝间短路试验,与历史数据相比,直流电阻相差不大,绝缘合格,但功率损耗增大,交流阻抗变小。用开口变压器法测匝间短路,发现14(19)槽与9(24)槽对应线圈相角超过150度。转子存在轻微匝间短路现象。解体后发现,护环下转子线圈顶匝在R处变形严重;#9槽励侧护环下1~2匝间绝缘纸破损,且有放电痕迹;#19槽的励侧护环下1~2匝间有放电痕迹。 

          2.2转子匝间短路定位 

          首先在转子滑环上用直流焊机向转子绕组通入100A-300A直流电,用探针分别在汽励两侧靠近护环处通风孔测量19槽与24槽各匝间电位,根据测量结果,可确定短路点位置。 

          2.3原因分析: 

          (1)转子结构原因,转子线圈在槽内及端部无热膨胀补偿装置,绕组与转子本体材料存在热膨胀系数不一致的因素。 

          (2)线圈在生产过程中热处理工艺不良,造成线圈强度降低,运行中由于离心力及热膨胀因素共同作用下发生塑性变形,顶匝线圈长长后造成线圈端部顶匝与第二匝绕组由面接触变成线接触,长期伸缩将匝间绝缘割破后形成短路。 

          3故障处理情况: 

          用400A直流电焊机对发电机转子通入300A直流电流,利用直流压降法查找出匝间短路点在9槽、19槽励侧护环下。 

          对发电机转子进行拔护环后,搭设净化篷,更换变形严重的#3--#8绕组线圈的顶匝,整型线圈内层线匝R处,更换转子线圈端部匝间绝缘。之后进行电气试验(极间电位试验),电气试验合格后,更换端部绝缘垫块,按图纸要求裹浸胶毛毡和NOMEX纸。 

          更换护环绝缘,阻尼绕组绝缘,回装护环绝缘,阻尼绕组,端头槽楔。 

          转子套护环后进行电气试验(绝缘电阻,两极间电压,交流阻抗、匝间短路试验),结果表明试验合格。 

          4发电机转子短路故障防范措施 

          4.1加强转子绕组冷却及其测试 

          在发电机运行过程中,应按规程下限,严格控制氢温,并加强转子绕组的冷却,以减少由于机组调峰造成的转子绕组热涨差。此外,在其运行中,还应注意观察发电机无功功率、励磁电流及机组振动的关系。充分利用机组大修机会,进行转子的匝间短路试验,加强其测试工作,并用内窥镜检查护环内部绕组是否存在变形及垫块松脱现象。 

          4.2转子护环拆装技术措施 

         ?、俑莨て骶咔宓?,准备相应的工具和材料,逐一落实到位。 

         ?、谠谧酉虏科躺枵砟?,并保证离地高度在0.5m左右,两侧离护环1.5m左右,间距6m左右。 

         ?、墼诠黾苌献邮?,应保证本体侧环键缺口朝上,中心环侧环键缺口向下,找到转子重心,调整好钢丝绳起吊转子,将转子放置于搁架上。 

         ?、茉谧哟蟪菰卵啦鄞Π卜?0mm绝缘板用作千斤顶的着力点。装上拆装护环工具,中心环用定位块楔牢,并用两个螺旋副与风扇环撑紧,预配好固定环、活动环、拉杆、油压千斤顶的位置,用方木垫好。 

         ?、菰诨せ吠庠舶?层BWT600高硅氧玻璃纤维布,推入感应圈,调整感应圈与护环圆周间隙均匀,至少10mm。用感应加热方式加热励端护环,控制护环温度不超过300℃。加热过程中监控护环温度并做好记录。 

         ?、拮踊せ芳尤鹊桨位せ肺露群?,立即停止加热,并将感应加热器移出。而后装吊护环工具,吊出护环。并摆木方,垫石棉布,将护环本体侧向上立放于石棉布上,并用石棉布包裹好。然后清理阻尼绕组,线圈槽口。最后处理转子匝间短路故障,处理完后进行相关试验验证。 

         ?、咴谒泄ぷ鹘崾?,用高纯氮气对转子通风孔进行吹扫,并用冷却风机将护环冷却至室温,然后进行转子套护环后的电气试验,主要测试绝缘电阻、两极电压和线圈分担电压、交流阻抗等。 

          4.3转子修理过程中必须注意的工艺问题 

         ?、偌忧慷宰油夤?、机械的检查,主要检查有无锈蚀、碰伤等问题,并做好记录。转子轴颈需要加装橡胶板,以加强对其?;?。 

         ?、谧哟蟪莩?、正下方摆放,将转子用600mm高带弧形枕木支撑本体大齿,但应注意本体侧环键的缺口朝上,以便拔护环工作的进行。同时,还应保证转子汽、励端留出套拔护环的操作空间在2m以上。 

         ?、矍謇砀删蛔颖咎?、护环、中心环、集电环装配等部件上的油污及异物。在转子修理区域,还应搭设净化蓬。 

         ?、茉诨せ吠庠舶?层BWT600高硅氧玻璃纤维布,推入感应圈,感应圈与护环圆周间隙均匀,至少10mm。用感应加热方式加热拔出励端护环,护环温度不超过300℃,加热护环过程中监控护环温度并记录,拔下护环后将护环清理干净并用砂纸将护环外表面绝缘漆砂光(尽量少砂),砂光后进行护环着色探伤。 

         ?、芡瓿杀嗪殴ぷ鞑⒉鸪雒考?#~8#线圈槽楔、阻尼绕组、楔下垫条,清理干净、摆放整齐、妥善保管。 

          4.4转子恢复过程中应注意的问题 

         ?、傧冉碌淖佣ピ严呷υ谙嘤Φ南呷派铣尚?,并配切相应的长度,粘相应的匝间垫条。 

         ?、诨刈靶韪坏淖酉呷Χピ?,气焊枪加热焊连接块与线圈,焊接部位饱满焊透,底面用小镜检查。对转子端部进行?;?,修焊接部位,厚度不大于铜材厚度,表面光滑平整,无毛刺,棱边倒圆角。粘转子线圈端部匝间绝缘,整齐。 

         ?、鬯堤У踝又聊痉缴?,行车吊装转子线圈端部压型工装,转子吊回滚轮架上。 

          转子线圈端部成型整理。而后进行转子电气试验,主要有绝缘电阻、两极电压、交流阻抗试验。 

         ?、芩堤У踝又聊痉缴?,使用吊车拆转子线圈端部压型工装,转子吊回滚轮架上?;刈白有ㄏ碌嫣?、阻尼绕组、槽楔。而后进行对转子直线部分的通风试验?;刈盎せ肪?、端部阻尼绕组、端头槽楔。更换护环绝缘、阻尼绕组绝缘。 

          5结论 

          总之,在各项生产事故频发的现状更加要注重安全生产。大型汽轮发电机在大小修中要重视转子匝间短路的检查,匝间电压分步法可以对转子的匝间短路进行较灵敏的判断,并通过具体的电压值对比可以找到故障发生点。A4发电机的转子匝间短路就是一个很好的应用实例,正常运转下各项电气参数均正常,可是静止时在某一角度却存在着匝间电压分布异常,说明某些不稳定的匝间短路不易察觉。所以多种试验方法和多角度对转子进行预防性试验对转子匝间短路早期的发现起着重要作用。


         



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