某發(fā)電有限責任公司1發(fā)電機轉子繞組接地故障查尋和原因分析

1、七臺河發(fā)電有限責任公司 #1 發(fā)電機轉子繞組接地故障查尋及原因分析黑龍江省電力科學研究院1 概述大唐七臺河發(fā)電公司 1 號發(fā)電機系美國 GE 公司制造的 350MW 汽 輪發(fā)電機組， 該機定、 轉子等主要部件均由美國 GE 公司在本土加工制 造，定子外殼由哈爾濱電機廠加工。額定容量 :415MVA額定功率：352.75MW ；最大功率： 391MW ；額定電壓：23kV額定電流： 10417A ；額定勵磁電壓： 430V 額定勵磁電流： 4233A轉 數(shù)： 3000rpm 頻率： 50Hz功率因數(shù)： 0.85該機組自 2001 年 12 月投運以來，發(fā)電機運行良好。該機組共進 行 3 次小修（

2、從未打開端蓋） ，2004 年 5月 20日至 6月 21 日進行了 1 號機組的小修工作。 小修中發(fā)電機的檢修只進行了碳刷的更換， 刷架、 滑環(huán)及通風孔的吸掃；發(fā)電機端蓋和軸瓦均未打開，轉子未抽出。在小 修過程中，5月30日時曾按規(guī)程要求測量過轉子絕緣電阻，在1000 M Q（1000V 搖表）以上，至 6 月 21 日小修結束后 , 1 號機組正?；謴蛡溆?。在 7 月 5 日按省調令準備投運 1 號機組時，再測量轉子絕緣電阻為0.6 M Q,轉子絕緣電阻降低，但仍滿足規(guī)程要求，按要求將#1機組投入運行，發(fā)電機在運行過程中無任何異?，F(xiàn)象。在隨后的 7 月 10 日和 9 月 24 日兩次按省

3、調令正常停機后的檢查中， 絕緣略有升高為 0.8 M Q，然后分別于7月23日和10月2日按規(guī)程要求投入運行。2004年 10 月 9日按省調令將 1 號機組停機轉入備用。我們對發(fā)電機轉子進行 了檢查，絕緣仍未升高，而在隨后的檢查中發(fā)現(xiàn)，轉子繞組對地絕緣， 在盤車狀態(tài)下， 用 500V 兆歐表測量值在 0.05M Q -100M Q 之間呈有規(guī) 律周期性擺動，當外集電環(huán)導電螺釘在上半周時，絕緣電阻100M Q ，外集電環(huán)導電螺釘在下半周時， 絕緣電阻 0.05M Q ，在絕緣電阻變化時， 還同時伴有清脆的輕微響聲，所以，判定為“不穩(wěn)定高阻性接地故障” ， 根據(jù)汽輪發(fā)電機運行規(guī)程 6.3.5 條

4、的要求“當發(fā)電機的轉子繞組發(fā)生 一點接地時，應立即查明故障點和性質。如系穩(wěn)定性的金屬接地，應盡 快安排停機處理”。因此，為了消除這種缺陷，我們對轉子外部進行了檢 查，先排除了兩個集電環(huán)導電螺釘及絕緣套存在問題的可能性， 又排除 了兩個護環(huán)下導電螺釘至 1 號線圈引線存在問題的可能性， 且排除了汽 勵兩側端部的可能性。 因此，故障點判定為在轉子繞組直線部分 （槽部）， 此時，我們又對該機轉子進行了進一步試驗檢查。其中采用“吸和吹”的 方法進行試驗，也就是采用吸塵器對轉子端部和勵側通風孔進行通風， 同時監(jiān)測其阻值變化的試驗。采用“吸和吹”的方法消除了第一個故障點 后，又進行電氣試驗查尋的方法，分別

5、查出了兩個故障點，經(jīng)哈電機廠 修復并驗收合格后，機組投入運行，運行正常。本次轉子接地故障查找除了執(zhí)行 DL/T 596-1996 電力設備預防性 試驗規(guī)程的要求外，還增加了“測量發(fā)電機轉子兩極阻抗電壓”對比的 方法（采用 0.2 級電壓表） 。2 轉子絕緣的檢查2.1 采用內窺鏡檢查為了查尋發(fā)現(xiàn)故障點， 盡可能避免對轉子護環(huán)和繞組的拆卸， 首先 采用非電測量方法， 利用內窺鏡對轉子內部進行排查。 當拆除發(fā)電機上 端蓋內外端蓋后，首先對端部進行內窺鏡檢查，當轉子抽出后，用內窺 鏡又細心地對兩端護環(huán)下的繞組及絕緣墊塊進行仔細檢查。 尤其應對發(fā) 電機轉子繞組出線處進行重點觀察。 對于其他可觀查到的地

6、方， 也逐一 進行觀測檢查?？傊瑢τ谒心苡脙雀Q鏡可以觀測到的地方，都進行 了檢查。檢查未見異常。2.2 轉子的清掃當發(fā)電機轉子內窺鏡檢查完成后， 對轉子進行清掃， 采用大功率吸 塵器和高壓壓縮空氣對發(fā)電機轉子表面、通風孔道等部位進行認真吹 掃，吹掃同時監(jiān)測轉子繞組的絕緣情況。在發(fā)電機轉子在不同位置時， 當用壓縮空氣吹掃內環(huán)極第 8 號線圈勵側槽口 30cm 左右時，發(fā)現(xiàn)兆歐 表有明顯擺動，擺動范圍為0.05M Q -10M Q左右，說明此處有絕緣缺陷，通過對該槽口縫隙等部位的徹底清掃，絕緣電阻穩(wěn)定在20M Q。說明第一個絕緣缺陷（接地）點被消除。而當發(fā)電機轉子位置變化后，轉子繞組對地絕緣又

7、重新發(fā)生周期性擺動，說明仍有其他缺陷（接地） 點存在。3 轉子繞組接地點查尋測量方法及接線 3.1放電法采用電容器放電的方法，對轉子 繞組進行電脈沖沖擊。首先將轉子停 在絕緣電阻為 0.05M Q處，用兆歐表 對電容器進行充電，其接線如圖1所圈1電容器放電法接線圖圖2交流電派燒穿法接線圖示，電容器充滿電后，合上刀閘K,對轉子繞組進行放電沖擊。如放電沖擊效果理想，也可以消除轉子繞 組的接地故障。由于該機屬于高阻 接地故障，所以此辦法沒有達到預 期效果。3.2交流電源燒穿法試驗接線如圖2所示，在轉子滑環(huán)處，施加工頻交流電壓，施加的 電壓值不超過轉子的勵磁電壓（Umax=304V 交流），試驗電流不

8、大于10A，施加電壓后，注意監(jiān)視是否有冒煙或焦味等異常情況，同時注意 和滑環(huán)和轉子軸的連線，要接觸牢固緊密；施加電壓應緩慢逐級升高， 監(jiān)視電流表的電流。圖中Bs為隔離變壓器，Bty為調壓器，發(fā)電機轉子停在絕緣電阻最低的位置采用交流電源燒穿法， 可能出現(xiàn)兩種結果， 第一種是經(jīng)歷一定時間（約3-5分鐘）后，能燒成穩(wěn)定接地，此時轉子繞組接地電阻值恒定為 最小值，不隨轉子的位置變化而變化；第二種是在燒穿過程中可能將接地點消除，此時轉子繞組接地電阻值達兆歐級，并保持穩(wěn)定不變。不隨 轉子的位置變化而變化，即可確認接地點已消除。 本機是采用先交流耐壓，后用交流燒穿為穩(wěn)定低阻接地的方法。燒穿過程中應注意把握燒

9、穿時間和電流，使得燒穿電流只破壞絕緣缺陷點，少傷及主絕緣。減小缺 陷的修復難度及工作量，盡可能縮短檢修工期。如果轉子繞組穩(wěn)定接地，即可采金圖3電壓表法接線圖用下面方法進一步測定接地點的具體位置。3.3繞組電壓分布法試驗接線如圖3所示，在轉子繞 組兩端，施加10A直流電流，用電壓表測量轉子繞組各匝對轉子軸的 電壓U，圖中Rg為接地點電阻；當發(fā)電機轉子接地為可靠性低阻（幾 歐姆）接地時，可以根據(jù)轉子繞組各匝的對地電壓分布來分析判斷出接 地的線圈位置。3.4兩極電壓的測定試驗接線如圖4所示，a、b分別為正、負極，o為轉子繞組中點,當轉子繞組為高阻狀態(tài)下,在發(fā)電機轉子繞組正、負極兩端施加交流電壓，分別

10、測量轉子繞組中點到兩極的交流電壓值,判斷轉子繞組的匝間絕緣情況，公式如下：a0 Z2bZl=Z2 ； Uao = Ubo廠匚n廠（S）Uab二Uao+Ub。圖4兩極電壓的測量接線圖 該機轉子繞組每極 61匝，每匝電 壓為U ab/122，當Uao和U bo的不平等度較大時，即可判斷為有匝間短路故障或可以判定絕緣缺陷在哪一 極。用兩極電壓判定繞組的匝間絕緣情況具有一定的靈敏度4 .轉子繞組故障點的查尋由于該機轉子繞組缺陷屬于高阻多點不穩(wěn)定性接地，其對地絕緣電阻值隨轉子的位置變化而變化，并且故障點均發(fā)生在繞組的直線部分， 給試驗查找缺陷位置帶來較大難度。對此，我們首先將轉子位置轉至絕緣電阻最低點，

11、當拔下發(fā)電機轉子勵側護環(huán)后，拆下勵側阻尼瓦?；謴?第6、7、8、9、10、11勵側絕緣塊、槽楔。此時發(fā)電機轉子絕緣電阻 由0.04 M Q變?yōu)?.12 M Q（500V兆歐表）。轉子位置 210度。在此位 置對轉子繞組進行交流耐壓試驗，對轉子繞組施加工頻電壓至900V ,轉子繞組絕緣發(fā)生擊穿，一次電流為500mA。二次電壓15V，試驗變壓器變比為60，耐壓后測轉子繞組絕緣電阻，用250V兆歐表測量，20k轉子繞組絕緣電阻為 0M Q,用萬用表測量，轉子繞組絕緣電阻為Q,且有回升趨勢，說明有第二故障點被發(fā)現(xiàn)。為了使其成為穩(wěn)定低阻 接地，采用交流燒穿法，改用隔離變壓器對轉子繞組施加大電流，對故 障

12、點進一步燒穿，電流分別為2A ； 5A ； 7.5A ； 10A逐步提高，經(jīng)幾次大電流的沖擊，最終用萬用表測量，轉子繞組絕緣電阻為8 Q左右。燒穿過程中應注意把握燒穿時間和電流，使得燒穿電流只破壞絕緣缺陷 點，少傷及主絕緣，我們在試驗時把燒穿電流及時間控制的很好，沒有 傷及主絕緣和匝間絕緣，減小了缺陷的修復難度及工作量，盡可能地縮短檢修工期。當轉子絕緣變?yōu)榭煽康妥杞拥睾螅刹捎美@組電壓分布法，對發(fā)電機轉子繞組線圈具體接地位置進行測定，用3381直流電阻測試儀，對轉子繞組施加10A直流電流，分別測量各個線圈各匝的對軸電壓，具體數(shù)據(jù)見附表附表：第一次擊穿后測量線圈各匝的對軸電壓（mV）線圈號1層2

13、層3層4層5層6層7層8層9層162002002052102101519018018017016516016514100110110120120130140139590908070656012010152020304011010101525304010100100908580706591101151201301401501601608220210210200195190185180170722023024024525026025026063203203103103002902905330340340350355355360442042041041040039038534404454504554

14、6046547048525205205105055004901520530535540550從表中可以看到,12號線圈第一匝對地和11號第一匝對地電壓為零并且在加電流燒穿時檢查汽側出風孔有兩個已經(jīng)發(fā)熱，并能聞到焦糊味判定接地點在第12號線圈，打開12號線圈上面的槽楔，退出阻尼條， 拿出絕緣壓板，發(fā)現(xiàn)在汽側第5槽（12號線圈）距離汽側槽口40.5cm的部位，槽襯和絕緣塊的縫隙間有明顯的放電痕跡，見照片1。說明繞組通過槽襯和絕緣塊縫隙間的絕緣缺陷對阻尼條放電，懷疑可能有異物或污穢造成絕緣降低，致使爬電擊穿。對故障進行清掃，徹底清理掉碳 黑，并對該絕緣故障點進行修復處理，使其達到良好狀態(tài)后，再次對轉

15、 子繞組進行交流耐壓試驗，當轉子位置在 270度，轉子繞組對地施加 交流1500V時，電流迅速生高到 500mA，轉子對地絕緣再次發(fā)生擊穿， 用500V搖表測量轉子繞組對地照片1 :第二接地故障點照片2:第二接地故障點絕緣，絕緣電阻為零，用萬用表測量為0.98k Q.說明有第三故障點存在。如同第二個絕緣缺陷點的處理方法，用隔離變壓器對轉子繞組故障點進一步燒穿，電流分別為 2A ； 2.5A ； 5A ;逐步提高，經(jīng)幾次電流的 沖擊，最終用萬用表測量，轉子繞組絕緣電阻為8Q左右。在轉子兩極施加直流10A，分別測量線圈各匝對地電壓，發(fā)現(xiàn)汽側第9號線圈第一匝對地電壓為零，并且在加電流燒穿時看到汽側端

16、部有很少量煙冒 出，并能聞到焦糊味，判定接地點在第9號線圈，打開12號線圈上面的槽楔，退出阻尼條，拿出絕緣壓板，發(fā)現(xiàn)在汽側第7槽（12號線圈）距離汽側槽口 50.5cm的部位，在兩個絕緣壓板接縫中間有放電痕跡（如照片3）。并在放電痕跡周圍有污照片3:第三接地故障點穢痕跡，說明轉子繞組通過該縫隙中的絕緣缺陷對阻尼條放電。懷疑可能是污穢造成絕緣降低，致使絕緣爬電擊穿。根據(jù)以上絕緣故障的特點及對該轉子的外部檢查，判定在發(fā)電機轉子繞組和絕緣材料間可能存在著異物或污穢導致絕緣降低，因此拆除了內環(huán)極全部線圈的全部槽楔（共16個槽）、絕緣塊及阻尼條，對16個槽進行徹底清理。 清理中發(fā)現(xiàn)有部分槽中絕緣塊有黑色

17、污穢現(xiàn)象，還發(fā)現(xiàn)絕緣墊塊表面有金屬粉末。并對絕緣擊穿點的絕緣進行修復整理，修復后根據(jù)DL/T 596-1996電力設備預防性試驗規(guī)程，用2500V兆歐 表對轉子繞組耐壓，絕緣電阻為1780/482M Q,吸收比為3.69。兆歐表為MEGGER S1 5001。耐壓后，用1000V兆歐表測量，轉子繞組 絕緣電阻為 1600/300 M Q,吸收比為5.33。兆歐表為 3301。5 .轉子繞組回裝過程的質量監(jiān)控由于在該發(fā)電機轉子的修復過程中，經(jīng)歷了拔護環(huán)、退出槽楔、退 出絕緣塊及阻尼條，并抬起部分線圈，為了確?；匮b后的質量，在處理 轉子的每一步驟前后， 均進行試驗數(shù)據(jù)比較， 尤其是轉子兩極電壓分布

18、、 轉子交流阻抗、 繞組直流電阻及繞組對地絕緣電阻。 這些試驗項目對于 監(jiān)測轉子匝間絕緣及轉子主絕緣狀況極其靈敏。2004 年 11 月 27 日修復后施加 200V 的交流電壓，測得外環(huán)極對 繞組中點電壓為 98.4V ，內環(huán)極對繞組中點電壓為 100.8V 。兩極電壓 差：V內外=+2.4V。差值為+1.2%。在轉子修復前后的交流阻抗測試中， 阻抗有所增大。 當電壓為 240V 時，功率損耗增加 3.7% ，這是由于前后兩次試驗時，轉子平行放置于 發(fā)電機定子旁邊（約 0.6 米），且修復后轉子大齒的位置旋轉了 90 度， 使得修復后較修復前試驗時， 轉子大齒更靠近發(fā)電機定子及外殼， 漏磁

19、增大，從而增加了損耗。轉子處理過程中， 由于轉子繞組整體溫度沒有降至統(tǒng)一值， 試驗測 得的直流電阻值只作為參考。具體試驗數(shù)據(jù)見 #1 發(fā)電機轉子繞組修 復過程的試驗報告 。2004 年 12 月 2 日，起機前對 1 號機轉子再次進行膛內的交流阻 抗測試及直阻測量，和原始數(shù)據(jù)比較無異常。當發(fā)電機空轉時（未加勵 磁時）在 2500 轉 /分和 3000 轉/分時分別進行了交流阻抗測量和對地絕 緣電阻的測量， 測量數(shù)據(jù)正常。 在隨后的發(fā)電機在空載狀態(tài)下監(jiān)測發(fā)電 機參數(shù)，發(fā)電機空載勵磁電流 1557A ；發(fā)電機空載勵磁電壓 V=180.4V ， 和原始數(shù)據(jù)比較無明顯變化， 發(fā)電機和軸系振動無異常。 且?guī)ж摵珊筮\ 行正常。6. 原因分析：通過對七臺河 1 號發(fā)電機轉子缺陷的處理， 我們認為該故障屬于轉 子繞組直線段“高阻性不穩(wěn)定多點接地故障” ， 該故障點隨轉子旋轉位置 變化而變化， 這在以往的轉子故障案例中是較為罕見的， 因此給故障查 找及檢修帶來了較大難度。 從試驗結果和現(xiàn)場所看到的故障情況， 綜合 分析該故障是由于制造質量所造成的。 在剛剛抽出轉子時， 我們發(fā)現(xiàn)在 轉子兩側有少量的污穢， 尤其有些污穢已經(jīng)變?yōu)楹谏?在兩個擊穿點的 絕緣塊上， 在陽光下可觀察到有閃閃發(fā)亮的金屬顆粒， 說明有少量金屬 粉末附著在絕緣塊表面， 鑒于美國 GE 機