某300MW发电机转子异常振动分析及预防

某300MW发电机转子异常振动分析及预防
田振宙;陈光;王进瑶
【摘要】This article discusses the influence of generator rotor windings under strong exciting current shock and the relationship between abnormal vibration of generator and short circuit of generator rotor windings. Based on analysis be-fore-and-after the generator have some mal-excitations with some test data like no-load characteristic parameters and gen-erator rotor windings’ AC Impedance and power loss. And then put forward the corresponding precautions.%通过对某公司#1发电机发生误
强励前后发电机空载特性参数及转子绕组的交流阻抗和功率损耗等测试数据分析，论述了强励电流冲击对发电机转子绕组的影响以及机组异常振动与发电机转子绕组匝间短路的关系，并提出相应的防范措施。

【期刊名称】《发电技术》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】3页(P40-42)
【关键词】励磁系统试验;发电机异常振动;诊断分析;预防措施
【作者】田振宙;陈光;王进瑶
【作者单位】华电乌达热电有限公司，内蒙古乌海016040;华电电力科学研究院，浙江杭州 310030;华电电力科学研究院，浙江杭州 310030
【正文语种】中文
【中图分类】TM311
0 引言
某公司#1发电机型号为QFSN-300-2-20B，额定功率300MW，额定电压20kV，额定电流10189A，励磁电压455V，励磁电流2075A，功率因数0.85，F级绝缘，采用ABB UNITROL 5000双通道数字式自并励静态励磁系统，2005年12月26
日投产。

2013年3月28日，按省调文件要求做#1发电机励磁装系统PSS参数优化试验，在进行无补偿相频特性测试过程中，因频谱分析仪白噪声输出信号异常，引起#1
发电机强行励磁动作，并触发励磁保护动作，灭磁开关跳闸，发电机失磁，机组跳闸。

在机组重新启动过程中，当转速达到3000r/min后投入发电机励磁进行升压时，#5、#6轴瓦振动出现异常增大，其中#6轴振Y方向最大振幅达137um。

通过调整机组有无功负荷进行试验，发现#5、#6轴瓦振动与机组无功负荷变化呈非线性正相关关系。

据此初步判断发电机转子绕组发生了匝间短路。

为控制机组振动，经联系调度同意后机组采取进相运行方式，使振动得到有效控制。

在机组并网运行一个多月时间内，#5、#6轴瓦振动控制在30～50um。

1 分析诊断
从#1机组DCS调取2013年3月28日前最近一次机组启动时发电机励磁参数与2013年3月28日开机发电机励磁参数进行比较分析，发现2013年3月20日
#1机组正常开机并列前发电机空载励磁参数（如图1所示）与2013年3月28
日#1机组跳闸后开机并列前发电机空载励磁参数（如图2所示）存在明显差异：
3月20日开机发电机定子电压达到额定值时对应的转子电压为120V，转子电流732.3A，而3月28日#1机组跳闸后开机发电机定子电压达到额定值时所对应的
转子电压、电流分别为131.8V和886A，其中空载励磁电压增加9.6%，空载励
磁电流增加21%，可见#1发电机空载特性发生的变化是很明显的。

根据发电机定子绕组感应电势和转子励磁电流对应关系分析，该现象说明发电机转子绕组的有效匝数较强励动作前减少了。

图1 2013年3月20日#1发电机并列前发电机空载励磁参数
图2 2013年3月28日#1发电机并列前发电机空载励磁参数
将2013年5月3日#1机组解列后发电机转子绕组的交流阻抗和功率损耗测试数据与2008年9月29日#1机组大修后发电机转子绕组的交流阻抗和功率损耗测试数据进行比较分析（见表1），在转速500r/min时发电机转子绕组的交流阻抗减少了10.11%，功率损耗增加10.92%；转速1000/min时转子绕组的交流阻抗减少10.46%，功率损耗增加10.89%；转速2000/min时转子绕组的交流阻抗减少11.02%，功率损耗增加11.03%；转速3000/min时转子绕组交流阻抗减少11.45%，功率损耗增加10.87%，可见#1发电机在3月28日发生强励后转子绕组的交流阻抗和功率损耗测试数据较2008年9月29日#1机组大修后发电机转子绕组的交流阻抗和功率损耗测试数据也发生了显著变化。

再将2013年5月8日#1发电机转子绕组的直流电阻测试值与出厂试验值折算到同一温度（75℃）下进行比较（见表2），阻值较出厂试验值减小了10.8%，差值远超2%。

通过以上分析，可确认该发电机转子绕组已发生了静态匝间短路。

由于转子绕组匝间短路导致发电机转子旋转磁场不对称，造成发电机两侧#5、#6轴瓦振动异常增大。

综合分析，2013年3月28日励磁系统试验引起强励误动对发电机转子绕组形成的剧烈冲击，应为造成转子绕组故障的直接原因。

从ECS调取2013年3月28日#1机组励磁系统PSS参数优化试验引起#1发电机强励动作时的数据记录，发电机励磁电压、电流分别高达911.7V和4176.5A，强励倍数为额定值的2倍以上，
持续时间约2s。

GB/T 7409.3-2007《大中型同步发电机励磁系统技术要求》中提出，发电机“励磁系统的顶值电流应不超过2倍额定励磁电流，允许持续时间应
不小于10s”[1]。

这次发电机强励动作持续时间虽然仅有2s左右，但强励电流已达额定励磁电流的2.01倍。

按照GB/T 7064-2008《隐极同步发电机技术要求》，发电机转子绕组承受2.01倍额定励磁电流的时间应不小于10s[2]。

据此，说明该发电机转子绕组承受过流的能力并不满足GB/T 7064要求。

2 故障处理与防范措施
发电机转子抽出后拆下护环检查，发现汽励两侧端部存在明显匝间短路、断股和局部绕组变形（图3、图4）。

由于现场条件限制无法进行修复处理，按照厂家建议，将发电机转子返厂处理。

修复过程更换了转子两极#4～#8上表面变形较大线圈共20匝，并将线圈匝间绝缘、护环扇形绝缘和绕组端部间隔块全部进行了更换。

为避免类似事件发生，发电企业在进行此类涉网试验工作时，应注意做好以下工作：（1）重大试验项目须认真编写详细的、切实可行的试验方案，并经审批后执行；（2）对试验过程进行危险点分析并制定具体防范措施；想，如上述励磁系统试验时就应做好发电机失磁、过压、振荡和机组跳闸的事故预想，确保主机设备安全。

表1 #1发电机转子绕组交流阻抗和功率损耗试验数据试验日期转速r/min U，V I，A Z，Ω P，W 阻抗变化%功耗变化%2008年9月29日0 180.9 23.56 7.67 2662.4500 182.5 24.26 7.52 2765.91000 180.3 24.49 7.36 2745.12000 180 24.8 7.26 2804.53000 179.2 25.03 7.16 2837.22013年5月3日0 180 26.01 6.92 2957 -9.78 11.07500 180 26.62 6.76 3068 -10.11 10.921000 180 27.29 6.59 3044 -10.46 10.892000 180 27.85 6.46 3114 -11.02 11.033000 180 28.37 6.34 3146 -11.45 10.87
表2 #1发电机转子绕组直流电阻测试数据试验日期测量值，Ω 换算为75℃电阻，Ω 阻值变化，%出厂试验 0.1628（15℃） 0.20192013年5月8日 0.1493
（22℃） 0.1801 -10.8
图3 匝间短路点
（5）切实做好工程设计审查与设备选型、主要设备监造和出厂验收、安装调试、交接验收、生产运行和检修维护各环节的技术监督工作，对于保障发电机等主要设备制造和安装质量以及投产后的安全经济运行至关重要。

3 结语
图4 线匝断裂
（3）试验过程由专人统一指挥；
（4）试验单位及当班运行人员要做好有关事故预
发电机是发电企业最主要的生产设备之一，健康状况和安全运行水平直接影响企业安全生产和经济效益。

通过对本案例设备故障分析，认为需要重视的主要问题有两个，一是设备选型与设备监造阶段的技术监督工作需要强化，确保把好设备质量关。

二是重大试验项目组织分工要明确，岗位责任要落实，各项安全技术措施要完善，以保障试验工作顺利进行，确保主机设备安全运行。

参考文献：
[1]GB/T 7409.3-2007，大中型同步发电机励磁系统技术要求[S].
[2]GB/T 7064-2008，隐极同步发电机技术要求[S].。