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大型发电机转子匝间短路故障诊断及定位

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第28卷第3期 2015年3月 广东电力 GUANGDoNG ELECTRIC PoWER Vo1,28 NO.3 Mar.2015 doi:10.3969/j.issn.1007-290X.201 5.03.003 大型发电机转子匝间短路故障诊断及定位 郭永雄,沈文华 (广东珠海金湾发电有限公司,广东珠海519000) 摘要:依据转子直流电阻和交流阻抗对早期发电机转子匝间短路故障进行定位仍不够准确。基于此,分析了一 种匝间短路故障诊断及定位的方法,该方法首先对转子各线圈交流压降进行测量,并通过对比分析各线圈的压 降确定故障点。以广东珠海金湾发电有限公司一台600 MW汽轮发电机组转子绕组单点匝间短路的故障为例, 根据所提方法对该机组的转子进行现场试验并定位故障线圈,后再返厂查找并处理故障点。转子返厂拔出线圈 后查找出的故障点与现场判断一致,表明该方法的可靠性及准确性,可为电厂降低了维修成本并缩短检修工期。 关键词:转子绕组;匝间短路;直流电阻;交流阻抗;两极电压平衡;电压分布 中图分类号:TM307 文献标志码:B 文章编号:1007—290x(2015)O3.0009.03 Diagnosis and Positioning of Turn—to-turn Short Circuit Fault of Large Scale Generator Rotor GUO Yongxiong,SHEN Wenhua (Ouangdong Zhuhai Jinwan Power Co.,Ltd.,Zhuhai,Guangdong 519000,China) Abstract:It is not accurate enough to locate early turn・to—turn short circuit fault of generator rotor according to direct cur— rent resistance and alternative current impedance of the rotor.Therefore,this paper analyzes a kind of diagnosis and posi— tioning method for turn・・to--turn short circuit fault which firstly measures alternative current voltage drop of each coil and then confirms the fault points by comparing and analyzing voltage drop.Taking turn-to・turn short circuit fault of single point of rotor of one 600 MW steam turbine generator in Guangzhou Zhuhai Jinwan power CO.,ltd.as an example and according to the proposed method,field experiment was carried out on this unit and the fault coil was located,then the fault point was found and disposed after returning back to the plant.The fault point was the same as that determined on the scene after pul- ling out the coil which indicated that this method was reliable and accurate to reduce maintenance costs and shorten time lim— it for overhau1. Key words:rotor winding;turn—to-turn short circuit;direct current resistance;alternative current impedance;voltage bal- ance;voltage distribution; 因制造、运行、维修等原因,发电机转子常发 生匝间短路故障,早期轻微的匝间短路对运行没有 太大影响,但若不及时发现及处理,故障将进一步 扩大,甚至酿成事故。测量转子直流电阻和交流阻 现故障所在,更无法定位故障线圈。 本文分析了广东珠海金湾发电有限公司(以下 简称“金湾电厂”)一台600 MW汽轮发电机组转子 绕组单点匝问短路的故障,通过现场试验分析确认 抗对判断发展到一定程度的匝间短路故障较为有 效,但对早期的匝间短路则不够灵敏,甚至不能发 了缺陷,并准确定位故障线圈,避免因故障扩大成 严重短路而影响机组安全运行。同时,本次的准确 判断也将检修范围缩至最小,为检修工期节约了大 收稿日期:2014—09.01 量的时问和成本。 广东电力 第28卷 1故障概况 金湾电厂3号发电机是由上海汽轮发电机厂制 造的QFSN.600.2型600 MW两极隐极式水氢氢汽 轮发电机。2012年停机检修前发现转子在8号瓦 处的轴振(8X、8 y)与励磁电流之间存在十分明显 的正相关性,检修人员调出历史曲线(如图1所示) 进行观察,发现3号发电机转子在8号瓦处 、y 两个方向的轴振(SX、8y)与发电机的有功及励磁 电流的走势基本是一致的,这种振动特征表明转子 内部很有可能存在匝问短路故障[j],需在停机后进 行进一步的确认。 2012—03—28 20l2—03-29 20l2-03—29 2O12-O3-3O 20l2-03—3l T 10:25:00 T 04:54:13 T 23:27:35 T l7:56:49 T 10:55:00 时刻 1—8号瓦 方向振幅,2—8号瓦y方向振幅,3一发电机有功功 率,4一发电机励磁电流,下同。 图1 大修前转子振动与有功及励磁电流之间的关系曲线 2直流电阻和交流阻抗试验 2012年4月3日发电机大修抽出转子后,按 DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》l2]要 求分别对转子进行了直流电阻及交流阻抗的测试, 并将测试结果与往年数据进行对比,结果显示测量 数据均符合标准要求。然后,再对转子绕组进行两 极电压平衡试验,试验接线如图2所示。 图2转子绕组极平衡试验接线 在转子绕组两端施加20()V的50 Hz交流电 压,测得极1电压U =lO8 V,极2电压U2=92 V,两极电压差U 一U。=16 V。根据我国最新机 械行业标准JB/T 8446--2005《隐极式同步发电机 转子匝间短路测定方法》要求:静态试验中,各极 线圈间的电压差不得大于最大值的3%。而本次的 试验结果显示,两极线圈间的电压差达到了15%, 远远超出了标准要求_3j。 由于3号机组运行期间有密封油漏入发电机的 现象,如油污通过转子通风孔进入转子绕组,也可 能导致非稳定性匝间短路而造成转子两极电压分布 不均,此类故障一般通过现场清洁处理可消除。因 此,电厂分别在将转子翻转了18()。和用高纯氮对 通风孔进行反复吹扫后再进行极平衡的复测,试验 结果并无改善,表明转子存在稳定的匝间短路_L4], 需返厂修理。但如果返厂后对所有转子线圈拔出处 理,除了修理费用高以外,检修工期也不允许。因 此,为能保证机组大修工期,须在现场不拔转子护 环的情况下利用电气试验方法定位故障线圈,初步 定位故障点,以便制定后续工作方案,控制修理的 费用开支和修理工期。 3故障线圈定位 3.1 转子线圈的绕向结构 该转子有两极线圈,每一磁极有8组转子线圈, 其中1号线圈共6匝,2—8号各为8匝,匝间绝缘 采用F级0.4 inln厚的三聚氰胺玻璃布板与铜排粘 接固定。转子绕组同一极中的各个线圈是在励磁侧 通过每个线圈的首尾匝进行相连的,再由极间连接 线将两极线圈进行联接。1号线圈底匝通过含银铜 片组成的Q型柔性连接与径向导电螺杆相连接l_5]。 3.2两级电压分布法基本原理和检测方法 转子绕组两极具有良好的对称性,两极之间的 中点相对于正、负极两端的电压降是一致的,差异 很小。当转子绕组中某个或多个线圈发生匝间短路 故障后,由于两极的有效励磁绕组数量不一致,两 极对称性遭到破坏,电压将不再平衡。同时,发生 匝间短路的线圈所承担的电压降也将大大减小,且 明显小于另一极上相对应线圈的电压。因此,只需 将两极各线圈压降一一对应地进行比较,便可判断 故障线圈。 抽出转子后向转子线圈通入1(】()V的工频电 压,测得两极电压差达到了15%,确认了匝问短 路故障的存在,然后分别测量两极线圈的各线圈压 降。将电压表一端探针接在极1的导电螺杆,另一 端依次从每个线圈紧靠转子励磁侧护环的第一个出 风孔插人(如图3所示),分别测量极1的1—8号 线圈的顶匝至1号线圈底匝导电螺杆处的压降。因 转子的每个线圈是串连在一起的,利用差值计算便 第3期 黄超,等:多面开关柜表面暂态对地电压的分布特性 65 Method Used in Partial Discharge Detection in GIS ̄J].High Voltage Engineering,2003,29(12):22・23. [7]王有元,李寅伟,陈国俊,等.开关柜局部放电暂态对地电压 传播特性的仿真分析[J].高电压技术,2011,37(7):1683— 1688. E3]王俊波,章涛,李国伟.在线检测10 kV开关柜局部放电方法 研究[J].绝缘材料,2011。44(6):60 64. WANG Junbo,ZHANG Tao,LI Guowei.On.1ine Detection WANG Youyuan,LI Yanwei,CHEN Guojun,et a1.Simula- tion of Transient Earth Voltages Aroused by Partial Discharge of 10kV Switchgear by Partial Discharge Technology[J].Insu- lating Materials,2011,44(6):60-64. in Switchgears_J].High Voltage Engineering,2011,37(7): 1683.1688. [4]关永刚,钱家骊.射频法在高压开关柜局放监测中的应用研究 _J].高压电器,2001,37(5):1—3. GUAN Yonggang,QIAN Jiali.Practial Study of Radio Fre・ quency Signal used in On-line PD Monitoring of HV Switch- r8]HOSHIN0 T,MARUYAMA S,SAKAKIBARA T,et a1. Simulation of Propagating Electromagnetic Wave Due to Par— tial Discharge in GIS Using FDTD[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2009,24(1):153・159. gear[J].High Voltage Apparatus,2001,37(5):1-3. [53任明,彭华东,陈晓清,等.采用暂态对地电压法综合检测开 关柜局部放电[J].高电压技术,2010,36(10):2460—2466. 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