发电机常见故障及处理

发电机常见故障分析及处理
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• 发电机转子绕组匝间短路故障 • 发电机转子集电环—电刷装置故障
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一、发电机转子绕组匝间短路故障
• 转子绕组匝间短路是汽轮发电机的一种 常见故障，较轻微的匝间短路仅能导致 绕组过热和转子振动增大，严重的匝间 短路将导致转子剧烈振动、无功功率下 降、甚至导致转子绕组接地和大轴磁化 ，重者还将烧伤轴颈和轴瓦，对机组本 身的安全稳定运行构成很大威胁。
一般Z下降8％以上，损耗上升10％；在转子升速与降速过程中，相邻 转速下，相同电压的交流阻抗或损耗值发生5%以上的突变时，即可能存 在匝间短路，但需注意影响因素。 影响交流阻抗和功率损耗的因素较多，主要影响因素及影响趋势为： • 转子附近的铁磁性物质会对测试结果产生影响，一般会使交流阻抗变大 ，功率损耗增加； • 随着电压的升高，交流阻抗值变大，功率损耗增加； • 当转子处于膛内时，与处于膛外相比，交流阻抗变大，功率损耗增加； • 当转子处于旋转状态时，与静止状态相比，交流阻抗变小，功率损耗增 加； •转子在首次检修时的试验数值，可能与交接时的数值有较大的差异。
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1、转子绕组匝间短路的原因
• 制造方面 （1）转子绕组端部固定不牢，垫块松动； （2）绕组铜导线加工留有毛刺、端部拐角整形 不好、匝间绝缘垫片垫偏、留存加工后的金属切 屑等异物； （3）铜线热处理工艺不良，造成铜线强度降低 ，运行中产生塑性变形。
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1、转子绕组匝间短路的原因
• 运行方面 （1）运行中高速旋转的转子绕组承受着离心力 等多种使其移位变形的动态应力； （2）冷态起动机组，转子电流突增，由于铜铁 温差使绕组铜线蠕变留下的残余变形和积累，导 致匝间绝缘和对地绝缘的损伤； （3）多种原因导致的转子绕组堵塞，造成局部 严重过热，使匝间绝缘烧损。
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★故障原因
根据故障现象和转子解体检查情况，我们可以确定金属 碎屑是导致此次转子匝间短路的主要原因。该台发电机 去年在运行中曾发生转子风扇叶片与导风圈碰磨现象， 造成导风圈局部磨出沟痕，导风圈上磨下来的金属碎屑 被冷却风带入转子线圈端部，并积存在第4、5套线圈间 支撑垫块处，金属碎屑随转子运行慢慢破坏第4、5套线 圈最上两匝线圈的绝缘，引起轻微匝间短路，短路初期 对机组运行影响较小，未引起运行人员的注意，随着匝 间短路的不断发展，最终造成第4、5套两套线圈的短路 ，导致转子磁场严重不平衡，引起转子振动增大，轴承 磁化，并最终烧穿护环下的绝缘护瓦，引起转子接地。
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3、转子绕组匝间短路的检测方法
★运行过程中
（4）微分探测线圈法
适用于定子膛内安装有探测线圈等磁通传感器的发电机。可在空 载、三相稳定短路及并网运行等不同状态下进行检测。
正常转子的典型探测线圈电压波形
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故障转子的典型探测线圈电压波形
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3、转子绕组匝间短路的检测方法
★检修过程中
（1）交流阻抗和功率损耗法
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3、转子绕组匝间短路的检测方法
★运行过程中
（1）转子振动与励磁电流正相关性判断法
当发现转子振动值与励磁电流值存在明显的正相关性，即转子振动随 励磁电流增大而增大、随励磁电流减小而减小时，应分析转子存在匝间 短路故障的可能性,并应通过其他检测方法进行转子匝间短路故障的进一 步诊断。
（2）励磁电流增幅检测法
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2、几起故障实例
• 某台1000MW发电机转子绕组匝间短路
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★故障原因
转子绕组端部顶匝线圈（#3-#8线圈）存在塑性变形，汽端变 形量9--16mm（最大#5、6线圈），励端变形量10--15mm（最 大#8线圈），变形的线圈将匝间绝缘挤坏，造成线圈间的匝 间短路。顶匝线圈产生塑性变形的原因为：①转子线圈端部 在轴向由中心环顶紧，在圆周方向由纵轴垫条撑紧，在线圈 端部R拐角外侧预留出线圈膨胀空间，允许线圈在此处延伸。 在发电机运行时，线圈发热膨胀，铜线伸长，在R拐角外侧的 预留空间处向外侧凸出。②转子线圈顶匝在最外侧，直径最 大，转子旋转时，受离心力最大。③顶匝线圈圆弧长度最长， 为将其由直线弯曲为弧形，进行了退火处理，手工退火处理 的不均匀即线圈在生产过程中热处理工艺不良，造成线圈强 度降低，R拐角部分凸出不一致。
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2、几起故障实例
• 某台300MW发电机转子绕组匝间短路
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★故障原因
机组有功负荷跟随AGC指令调整至307MW、无功42 MVar， 励磁电压239V，励磁电流1392A，DEH系统显示发电机励端 轴承（#6轴承）振动由正常26μm升至126μm 并有快速上升趋 势瞬间最高至200μm以上，立即下令降低机组负荷至250MW ，派人就地实测#6轴承水平方向振动56μm、垂直方向89μm， 轴向250μm，全面检查轴承座及发电机端盖，发现发电机励 侧端盖与#6轴承座之间的顶丝开焊，检修人员松开所有顶丝 ，振动呈现缓慢下降趋势，但DEH振动稳定在125μm以上。 稍后，发电机汽端（#5轴承）DEH振动由74μm快速上升 125μm以上且上升趋势明显，最高达170μm左右。
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2、几起故障实例
• 某台600MW发电机转子绕组匝间短路
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★故障原因
• 从拆护环前的电气试验及拆护环后的检查情况均可以看出 ，该台转子的匝间短路属于稳定的金属性匝间短路，短路 点在匝间绝缘的接缝处，结合缝隙偏大，在制造、运输、 运输过程中容易进去杂物，运行时杂物受离心力的作用容 易将绝缘损坏导致匝间短路的产生，此次的匝间短路应与 制造质量不良有关。
可在发电机空载、短路试验及正常运行等不同状态下，进行转子绕组 励磁电流增幅的检测。发电机空载、三相稳定短路状态下的检测效果优 于正常运行状态下的检测效果。在相同工况或试验条件下，励磁电流值 明显增大时，应进一步分析转子存在匝间短路故障的可能性。
（3）轴电压测量判断
轴电压较正常时明显升高，严重时机座台板、轴承座等处有磁化现象
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★故障原因
对照以前同等运行工况（有功250MW，无功10 MVar） ，励磁电流较偏高约100A，测量轴电压增至27V(正常情 况在3V左右)，其它参数未见异常。检修人员检查发电机 端盖和#5、6轴承地脚螺栓时发现#5、6轴承呈较强磁性 ，12”扳手可以直接吸在轴承座上。发电机解列灭磁后， #5、6轴承座磁性即刻消失，测量转子交流阻抗过程中， 转子接地保护信号发出，测量转子对地绝缘为零，交流 阻抗无法测出。由此确认转子有严重匝间短路状况，并 已烧穿绝缘引起转子接地。