第23卷 第2期2010年6月江西电力职业技术学院学报Journal o f Jiangx iV ocati ona l and T echnical Co ll ege o f E lectr i c ity V o.l 23N o .2J un .2010大型汽轮发电机转子绕组匝间短路的故障处理与分析张亮杰(广东粤电靖海发电有限公司,广东 揭阳 515223)摘 要:某公司一台国产600MW 汽轮发电机组,在开机过程中出现发电机轴振偏大,并且随励磁电流增大而增大,经过振动分析、电气试验等一系列检测程序,快速对故障进行了准确判断和较精确的定位,为机组尽快消缺争取了宝贵时间,为同类大型发电机组积累了相关经验和提供了相应参考。
关键词:大型汽轮发电机;转子绕组;匝间短路;试验;诊断中图分类号:TM 311;TM 307+.1 文献标识码:B 文章编号:1673-0097(2010)02-0033-02收稿日期:2010-03-17作者简介:张亮杰(1982- ),男,河南淮滨人,助理工程师.0 引言随着我国电力工业的发展,目前汽轮发电机的功率越来越大,特别是新建核电机组和超临界燃煤发电机组,基本上都是600MW 及以上,其汽轮发电机往往转速高,电压等级高,电流负荷大。
比如某国产发电机的额定输出电压为22k V ,额定输出电流为17495A,额定励磁电流为4387A,额定转速为3000r/m i n 。
由于发电机容量大,转速高,如果在设计和制造上存在不足,或者运行检修工艺不当,则转子出现问题几率就比较大。
转子绕组出现的问题主要有接地、开路和匝间短路等故障,其中转子绕组的匝间短路故障占有非常大比例。
轻微的转子匝间短路故障在开始阶段对发电机运行影响不大,但如果发展成严重的匝间短路后,会使励磁电流增大,线棒过热会导致变形,限制发电机无功功率,电压波形畸变,有时还会增加机组的振动幅值,甚至被迫停机,故障的进一步发展会造成短路点局部过热会使绝缘烧毁接地、护环烧坏、大轴磁化,甚至造成转子烧损事故[1]。
因此完善优化设计、改进制造和检修工艺尽可能避免在非正常工况下长期运行,就成为保障大型发电机组安全可靠运行的前提。
本文就某600MW 燃煤发电机组发生的一次转子绕组匝间短路故障,进行分析和探讨。
1 设备概况该机组为国产600MW 超临界燃煤发电机组,于2007年6月投产发电,进入商业运行,期间进行过一次C 级检修和一次A 级检修。
发电机性能如下:型号为QFSN 600 2 22A;定子电压为22000V;转速为3000r/m i n ;转子电压为400V;接线方式为YY ;功率因数为0.9(滞后);功率为600MW;定子电流为17495A;容量为667M VA;转子电流为4387A 。
2 故障情况及诊断2.1 故障情况2010年2月,发电机在调峰消缺结束后并网发电,在并网后带负荷过程中发现汽轮机轴振较大,并且随励磁电流的增大而增大,其中7Y 振动达到143u m,8Y 振动达到168u m (#7、#8瓦为发电机轴瓦),于是录取振动信号进行检测查找原因,对振动波形分析后发现其中除工频振动成分外,还包含了较多的高频振动成分,因此判断发电机转子可能存在问题。
2.2 诊断过程为进一步确认故障原因,进行转子绕组的交流阻抗测试、绝缘电阻测试和直流电阻测试,转子交流阻抗试验数据见表1。
测试结果显示,在转速达3000r/m i n 时加220V 电压情况下,交流阻抗(3.658 )比2009年A 级检修后(4.27 )小0.61 (小14.3%);在盘车状态下,交流阻抗(4.23 )比2009年A 级检修后(4.72 )小0.5 (小10.6%),表明转子可能存在匝间短路故障。
34江西电力职业技术学院学报第22卷表1 #2发电机转子历次交流阻抗试验数据比较时间转子状态电压/V 电流/A 损耗功率/W 计算阻抗/ 2007.6新安装盘车、膛内22039.5964505.583000r/m i n 22045.5974204.832008.4C 修后静止、膛内22941.5770585.522009.6A 修套护环前23038.655858.85.95套护环后23045.4570645.06静止、膛内23045.856853.65.02盘车、膛内22046.661904.723000r/m i n 22051.5875404.272009.12抢修膛外22045.2567274.861静止、膛内22043.5169845.0562010.2.13振动停机静止、膛内22050.9771204.316盘车、膛内22052.3572994.2023000r/m i n 22065.86100893.342010.2.16振动停机静止、膛内22052-4.23盘车、膛内22052-4.233000r/m i n21458.5-3.658根据国内外检测转子绕组匝间短路的经验,仅通过转子绕组的交流阻抗测试、绝缘电阻测试和直流电阻测试,还不能确认转子存在匝间短路和对故障进行准确定位。
为更进一步确证故障,又进行了发电机短路试验和气隙磁场波形录取,试验结果见表2和图1。
从表2的短路试验数据看,当发电机定子电流达到额定时,所加的励磁电流为3351A,比基建安装首次启动及2009年大修启动时的3033A 增加300A 左右,表明转子绕组存在明显异常;对发电机短路试验时录取的发电机气隙磁场波形(图1)进行分析,发现在发电机定子电流达到额定值时,气隙磁场波形图中极1的4、6、7槽和极2的7、8槽出现了明显的波形变异,基本可以确定转子绕组存在较严重的匝间短路。
表2 发电机历次短路特性试验数据比较时间定子电流/A 励磁电流/A 励磁电压/V2007.6新安装149952574.87204.25174853006.57241.52009.6.24A 修后157452728-17495 3.33-2010.2.16振动停机157452997208.27174953351242.85通过以上各种测试后,经综合分析判断,初步认定发电机转子绕组确实存在较严重的匝间短路现象,但对故障的精确定位需抽出发电机转子检查测试后才能最终确定。
2.3 发电机抽转子检查情况转子抽出后目视外观检查未发现明显异常,但通过两极电压和匝间分布电压测量发现确实存在多点匝间短路。
拆除转子护环后检查,发现极1的6、7号线圈和极2的7、8号线圈端部绝缘及过渡引线处焦黑变图1 100%定子额定电流时的气隙磁场波形色,存在烧损现象,经发电机厂家人员现场检查,确认转子存在多点匝间短路,需返厂大修。
3 故障原因分析汽轮发电机转子绕组匝间短路原因非常复杂,不仅与发电机结构有关,还与其生产工艺、运行方式有密切关系,有时也可能是多种因素综合作用的结果。
针对该机组的具体情况,我们从以下几个方面对此次转子匝间短路故障的原因进行初步分析:(1)转子制造的工艺结构方面由于国产600MW 及1000MW 大型汽轮发电机组,均为引进国外技术制造,还存在着技术消化吸收的问题,另外国内的制造工艺水平和材料方面也与国外存在差距,所以国产设备在可靠性和稳定性方面与进口设备还存在较大差距。
而在这种大容量高参数机组上,高电压、大电流和高发热量形成的严酷运行环境,对设备性能提出了空前苛刻的要求,因此,在国产设备未完全成熟前,出现问题的几率较大。
据了解,某电厂两台同一厂家生产的同型600MW 汽轮发电机均先后出现过转子匝间短路故障,进行了返厂大修。
(2)转子的运行维护方面该机组所处地理位置较偏,远离负荷中心,长期频繁调峰运行,造成转子运行工况的频繁变动,尤其是运行温度的频繁变化,使转子材料承受较大的交变热应力,对转子是一个较大的考验[2]。
另外,在发生此次转子匝间短路故障前,该发电机曾在停机后的气体置换过程中发生过较严重的发电机进油事件(油氢差压调节阀性能不好,密封油漏入发电机),也有可能对转子产生了不利影响。
4 结束语转子绕组匝间短路是发电机组的常见故障之一,但这种故障又不同于通常意义的电气故障,按照当前的技术水平,还没有能够对这种故障进行在线监测和第2期张亮杰:大型汽轮发电机转子绕组匝间短路的故障处理与分析35保护的装置,因此,对于轻微的转子绕组匝间短路故障,在早期是较难发现和处理的,而当励磁电流、机组振动等运行参数明显异常时,往往故障已经发展到了一个较严重的程度了,但限于检修条件和工艺水平,又很难在生产现场完成检修工作,而需要返回厂家修复,这样检修周期就很长,对于大型主力发电机组而言损失较大。
就本文所论述的此次故障来看,从发现机组振动异常,到确认转子绕组存在匝间短路,中间经历了振动波形分析、转子绕组交流阻抗测试、转子绝缘电阻和直流电阻测试、发电机短路试验、发电机气隙磁场波形录取等一系列检测步骤,最后结果证明这种检测步骤和方法是可靠和有效的,能快速对故障进行准确判断和较精确的定位,为机组尽快消缺争取了宝贵时间,也为国内同类大型发电机组积累了相关经验和提供相应参考。
参考文献:[1]赵艳军,李永刚,武玉才,等.汽轮发电机转子匝间短路时转子振动特性分析[J].华北电力大学学报,2008,35(5):16-21.[2]褚岩.汽轮发电机转子绕组匝间短路的故障原因与磁场分析[J].沈阳工程学院学报,2005,1(4):41-43.[责任编辑 韩翠丽]Treat m ent and Anal ysis of Large Turbo-generat or RotorW indingI nter-tur n Short Circuit FaultZ HANG L i ang jie(Guangdong Yued ian Jinghai Po w er G enerati on Co.,L t d.Guangdong Jieyang 515223,Ch i n a) Abstr ac:t Dur i ng the start-up process,a h i gh ax is v i brati on fault occurred to a600MW do m esti c t urbo-generator un it, wh ich i ncreased w it h the fi e l d current.A fter a se ries of testi ng procedures,such as v i b ration ana l ys i s and electric test,w e fi nd t he fault po i nt qu ickly and accura tely,so w e saved a lot o f precious ti m e for the fail ure e li m ina tion,and so w e have accu mu lated va l uab l e expe rience fo r t he sa m e type units.Key wor ds:turbo-gene rato r;rotor w i nding;i nter-t urn s hort circu it;test;d i agnosis[上接第30页]接触,要进行登高或爬杆操作,电表及表箱防护能力差,存在安全隐患;通过GP R S等虚拟介质进行远程费控也存在本地合闸送电的问题。