发电机转子匝间短路的早期判断及处理方法

发电机转子匝间短路的早期判断及处理方法

由爱东

福建省福能晋南热电有限公司福建晋江362246

摘要：本文以实例分析发电机转子匝间绝缘脱落过程及处理工艺，加强发电机转子匝间短路的早期诊断，通过采取的相应检测手段做到及早发现，并加以改进处理，防止发电机运行中发生转子匝间短路故障而引发严重后果。

关键词：发电机转子；匝间短路；绝缘脱落；早期故障判断；改进处理方法；防范措施

引言：发电机转子绕组匝间短路在转子电气事故中占很高比例，其产生的危害也是非常严重的。转子绕组匝间短路是一种较常见的发电机故障，初期的匝间短路，对机组的正常运行影响小，所以经常被忽略，但如果故障继续发展，将会够限制发电机的功率输出，增加运行的危险性。

1故障现象

某厂#2发电机型号390H，美国GE技术，哈尔滨首台国产化机组。投产一年后，发电机在大修中发现转子绕组匝间绝缘纸脱落，返厂进行解体检修，发电机厂家当作常见故障的个案来处理，采用与原转子绝缘相同的材料进行修复的工艺，更换了脱落的绝缘纸。发电机检修后并网发电。在运行三个多月后，机组又出现了运行参数变化异常情况：

1.1转子绕组动态交流阻抗的变化

在机组恢复运行后，加强了对#2号机转子绕组交流阻抗定期试验工作，2011年4月#2号机转子动态（3000r/min）交流阻抗值为8.292Ω，6、7月份阻抗试验值保持稳定，没有变化。2011年8月至10月份，交流阻抗有轻微下降迹象，在2011年11月至2012年3月份间，阻抗又稳定在6.85Ω左右，2012年6月份以后，发电机阻抗有明显下降趋势，目前阻抗值已降至5.933Ω，与出厂试验值相比已下降28.4%。

通过交流阻抗的测试发现，交流阻抗测量值下降较大，交流阻抗变化经过一段时间稳定期后，进入下降期，再经过一个稳定期到下降期的过渡。可以看出交流阻抗的变化是发展、加剧的趋势。

1.2发电机励磁电流的变化

为了更直观地对比转子励磁电流的变化情况，以判断发电机转子绕组是否存在匝间短路故障。2012年8月，在#1-4机组全部满载，无功功率相同的情况下，分别采集了4台发电机同等工况下的励磁电流。在机组运行工况相同，无功功率相同的条件下，#2机励磁电流为1576A，比其它三台机组高出100A左右。

1.3机组振动变化

机组振动值小幅度增加，并未超过允许振动值。

1.4外部分析检查情况：

由于机组安装发电机转子匝间短路在线监测系统，2012年6月份，分别采集发电机转子匝间短路在线监测系统在空载和满载下的动态波形图，送至厂家进行专业技术分析。根据对波形进行分析厂家反馈称：发现转子2、6号线圈绝缘偏低，存在安全隐患。

2、故障分析

发电机转子匝间短路一般的表现为:交流阻抗下降；发电机组无功下降;发电机组轴系振动增大;轴电压升高等特征。下面我们通过常用的匝间短路判断别方法，对故障参数的变化一一进行分析对比，以期得出转子绕组是否存在匝间短路。

2.1交流阻抗变化差别法

对发电机转子绕组交流阻抗和功率损耗的测量是判断转子绕组是否存在匝间短路的比较简便、灵敏的方法。根据2号发电机转子绕组交流阻抗数据变化规律，与出厂试验值相比已下降28.4%。可初步判断发电机转子很可能存在匝间短路。

2.2励磁电流和无功功率判别法

转子绕组匝间短路虽然引起转子电流的增大,但无功功率却相对减小或不变,这可作为发生匝间短路故障的一个明显特征。,结合实测励磁电流测试数据，初步判断发电机转子已经存在匝间短路。

2.3机组振动值判断法

2号发电机振动不是很明显，也符合短路初期振动增加不明显的特征。

2.4探测线圈判断法

其原理是根据发电机转子匝间短路后转子磁场的畸变，通过安装在定、转子气隙间的感应线圈探测，转换为切向、径向感应电压，显示并记录在电脑中，对参数曲线进行技术分析，从而得出是否存在发电机转子匝间短路的结论。结合1.4条中图表数据和厂家意见，可初步判断发电机转子很可能存在匝间短路。

3解体检查

3.1转子绕组焊接点、电气连接点检查

2012年8月，利用#2机组临修机会，电气人员进入发电机内部，使用内窥镜对转子绕组端部以及引线螺钉检查拍照，其中导体、导电螺钉焊接良好，无松脱。基本排除了转子绕组回路中各处焊接点不良、电气连接点裂纹等原因对绕组交流阻抗变化的影响。

3.2转子绕组匝间绝缘检查

本次主要用内窥镜对转子绕组36槽共72个线圈端部检查，着重检查匝间绝缘纸的粘接情况，在检查中发现汽侧和励侧转子护环内，绕组R段绝缘纸有移位情况，最大位移量约10mm，尤其是靠近端部的#7、#8、#9线圈位移比较严重，励侧较汽侧严重。见下图

4原因分析

结合#2机组临时检修及内部检查的结果，可以确认，造成交流阻抗持续下降的主要原因是：匝间绝缘纸松动、移位，造成转子绕组匝间绝缘不良或者下降，直至匝间短路。引起绝缘纸松动、脱落可能有以下影响因素：

4.1制造过程存在工艺问题

制造过程中，转子绕组铜排表面没有清洁：转子绕组采用6.99*31.6mm含银铜排，晶粒度0.035mm，表面比较光滑，在弯制后，如果表面没有彻底清洁，铜排表面的粉尘、油污会造成粘接剂粘接不牢，因而引起绝缘纸的松动。

4.2粘接材料及粘接工艺

生产厂家使用的粘接胶水或者粘接工艺不满足要求：调峰机组每天起停，转子绕组温度在20～70℃之间剧烈变化，如果胶水不能满足要求，会造成硬化、粘接失效。

粘接过程中如粘接温度、固化时间等工艺不规范，也会引起粘接失效。匝间绝缘移位的主要原因是绝缘垫条和铜排粘接强度不高是主要原因。技术发电机转让中不包括绝缘方面的技术转让，厂家在不完全掌握外方工艺的前提下，采用了HEC原有的匝间绝缘烘压工艺。从现场所见匝间绝缘粘接状态及溢胶现象，可以确定有些匝间垫条上的粘接胶并没有完全固化好，使粘接强度未达到最佳状态。

4.3发电机运行中离心力影响

匝间绝缘纸设计不合理：发电机转子R角匝间绝缘由两层材料构成：0.076mm厚的NOMEX绝缘纸，具有耐温、耐电压击穿性能，其二是0.254mm厚环氧层压绝缘纸，纸张宽度31.5mm。但是这种绝缘材料仅仅在R段使用，粘接长度偏短，又处于绕组端部，当发电机转子在高速旋转时，端部绕组受到很大离心力作用，且部分线圈匝间紧度不够，或间隙偏大，绕组压紧力减小，使绝缘纸出现径向移动，造成脱落。

4.4转子绕组不同匝间的热应力影响

发电机运行或静动态转换时，转子线圈因长度不同，产生不同的变形量，不同匝间的相对运动，可使匝间绝缘磨损或相对错位，导致匝与匝之间接触或绝缘降低。

4.5转子绕组导体与绝缘材料的热膨胀系数不同的影响

运行中的转子绕组通流发热后，线圈发生自由膨胀，频繁启停机过程中，线圈出现热胀冷缩，加之导体和绝缘体的膨胀系数不同，也有可能使粘接剂失效绝，缘纸出现位移、脱落。

5厂家改进处理措施

2009年度#2发电机转子匝间绝缘纸松脱后，发电机厂家仅当作个案来处理，当时采用的是与原转子相同的绝缘材料进行修复的工艺。但是后来该厂其它发电机组以及兄弟电厂发电机相继发生同样问题后，引起厂家重视，在绝缘材料工艺进行了改进处理，修复措施如下：

5.1增加粘接面加强粘接强度

厂家将nomex绝缘纸和环氧层压纸两端各延长150mm，粘接长度延长到直线段，这样增加了粘接面积近2倍，保证了绝缘材料的粘接强度。

5.2结构变化防止绝缘移位

采用绝缘材料形状结构上的变化，厂家对nomex绝缘纸内圆弧边加工成向上的90度折角后粘接，能有效防止绝缘纸外移。

5.3优化粘接工艺

厂家对粘接胶水进行性能分析试验，强化粘接工艺要求。清理转子绕组铜排油污、金属粉等杂质，将NOMEX绝缘纸和环氧层压纸两种绝缘材料先粘接在一起后，再用胶水粘接到绕组铜条上，经过加温固化后完成粘接工作。

6改造后机组运行效果

#1、#3、#4发电机转子在运行后期也出现同样故障，经采用上述方法，返厂修复，通过2年多对运行中发电机转子动态交流阻抗的连续监测和内窥镜检查，交流阻抗没有明显出现，同等无功条件下励磁电流无变化，匝间短路在线监测装置没有出现异常，匝间绝缘没有窜动迹象，说明改进处理后取得了明显效果。

7结论

发电机转子绕组匝间短路时，运行存在严重安全隐患，易导致严重的后果，所以现代发电机技术的发展更注重于匝间短路故障的早期诊断。通过本次故障的处理，我们认为：转子匝间短路发生的初期,其表现特征也是非常明显的。只要定期测量发电机转子绕组交流阻抗，随时监视励磁电流变化以及振动值变化情况，应用现代发电机在线检测技术手段，是可以做到匝间短路故障的早期判断的。在转子绕组匝间短路故障的早期发现问题并及时处理，防止恶性事故的发生，把事故隐患消灭于萌芽状态。

参考文献：

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