大型汽轮发电机发电机定子绕组故障修复祁云华

大型汽轮发电机发电机定子绕组故障修复祁云华

祁云华

（陕西有色建设有限公司陕西西安710043）

摘要：对于目前火力发电行业的大型发电机，定子绕组故障是一种主要的故障类型，影响范围大，故障处理耗时长，其修复工艺复杂。所以要求修复过程的各个环节均要符合质量标准要求，方可进入下一环节，不能返工，这就需要通过高压电气试验现场检验。目前国标及行业标准对大型发电机安装后的交接试验及预防性试验有指导性标准、规程。但对现场修复环节检验型试验项目尚无明确的规定。均为安装单位现场确定试验方案。这样就存在漏检、错检的风险。在本文中，作者以660MW定子水冷式发电机为例，介绍现场修复过程中的电气试验。

关键词：发电机；定子；修复；试验

某公司1号发电机选用东方电机厂型号为QFSN-600-2-22的发电机，单机装机容量为660MW，发电机出口电压为22kV。参数如下：

有功功率：660MW定子电压：22kV定子电流：19245A

频率：50Hz功率因数：0.9转子电压：426V

转子电流：4675A转速：3000r/m

运行中机组定子接地保护动作致非计划停机，跳机后检查1号发变组保护柜跳闸报文和动作报告，保护动作正确可靠，显示发电机C相绕组接地。后测试A、B相绕组对地绝缘正常，C相对地绝缘>5kΩ，后续检查发现发电机14槽内，层间垫板松动，长期运行过程中破坏了下层线棒表面绝缘层，致发电机出现单相绕组接地故障。

之后，按照常规检修工艺抽转子、拆卸线棒、修复、安装、恢复运行。本文重点讨论拆卸线棒后。恢复运行前各个环节进行的试验项目、试验目的及试验方法。

1.定子水压试验

采用带有精密压力表和手动闸阀的连接管将定子进水口管法兰堵板和试压泵相连，往试压泵储水箱注入除盐水向定子绕组水路补水，一边补水，一边排气，排气结束后，关闭排气门继续提升定子绕组水路压力，缓慢升至0.5Mpa，此时将连接管手动闸阀关闭，保持8小时，在此期间系统各部位应无渗漏，水压应保持不变。

该项试验意义在于检查定子端部接头处、绝缘引水管、汇水管、过渡引线及排水管等处有无泄漏。应在抽转子后线棒拆卸以及线棒修复后转子回装前进行。同时对新线棒到场安装前应单独打压。

2.定子绕组的绝缘电阻和吸收比或极化指数检测

如果各绕组的首末端单独引出，则应分别测量各绕组对机壳及绕组相间的绝缘电阻，这时所有其他绕组应同机壳做电气连接。当中性点不易分开时，则测量所有连在一起的绕组对机壳的绝缘电阻。

分别测量单相绕组相间及相对地间绝缘电阻、吸收比或极化指数。

该项试验可直观的判断被试件外绝缘水平是否合格。对于水内冷发电机，需要将汇水管所有引下线拧在一起后，用万用表测量汇水管对地电阻，通常应达到30kΩ以上方可进行以后的步骤。

该项试验贯穿于整个发电机定子修复过程中，所有线棒处理后，下线前以及整体安装完毕后，启机前都应进行该项试验。

3.定子绕组的直流电阻测量

对于同步发电机或调相机应进行分相或分支路测试，对于分支末端单独引出的，应使用直流电阻测试仪分别测量各分支的直流电阻。

测试分相进行，非被试相应短路接地。测试前，被试相端头应用力摩擦接触点，以确保接触良好。

对于大容量电机，直流电阻测试仪应选在20A档位，将被试品接入试验回路后由直流电阻测试仪注入电流，待稳定后，读取被试品阻值。定子绕组在冷态下，各相直流电阻之差在排除由于引线长度不同而引起的误差后，应不超过其最小值的1.5%。

该项试验用于线棒整体下线安装结束后，用以确定发电机三相阻值及其平衡度是否符合启机要求。

4.定子绕组直流耐压试验和泄漏电流测量

发电机绕组的直流耐压试验应在测量绕组的绝缘电阻和吸收比或极化指数，测试结果应合格后，定冷水回路放水管路烘干的条件下进行。

直接在被试绕组施加直流高压即可，此时微安表应接于高压端（成套试验设备已将微安表接在高压侧）。

试验开始前，检查调压器的输出在最低位置，合电源开关，分段加压至试验电压以检查试验设备绝缘是否良好、接线是否正确、表计指示是否正确。降低电压至零伏，断开电源开关，检查表计显示归零。

然后开始试验，将直流电源输出加在被试相或分支绕组上，零启升压，试验电压按0.5Un分阶段升高，每阶段停留1min，记录微安表的泄漏电流值，升压直至最高试验电压。对于局部更换及修复定子绕组的发电机，应加压至2.5Un。

5.定子绕组端部水流量测量

向发电机内冷水箱注满符合要求的内冷水；检测过程中维持内冷水系统闭式循环进行；用超声波流量计对其进行测量；计算平均流量。检测数据记录时需注明起始点位置及检测方向。

对于定子线棒，各测点不应低于整台线棒内冷水流量平均值的-15%，对超标的应在汽端对相关线棒内冷水流量再次进行测量，综合判断被测线棒内冷水流量状况；

该项试验合格，则说明定冷水通道无堵塞情况，无泄漏情况。方可进行后续安装工作。

6.定子绕组交流耐压试验

定子绕组交流耐压须在定子绕组泄漏电流与直流耐压试验合格后，管路充满除盐水时方可进行。对于开启式水系统电导率不大于5.0×102μS/m；对于独立的密闭循环水系统电导率不大1.5×102μS/m。试验时汇水环应接地。

将交流电源输出加在被试相或分支绕组上，进行调谐零启升压。均匀升压，升压至试验电压后停留1min，记录电压、频率、电容电流数据。对于局部更换及修复定子绕组的发电机，应加压至1.5Un。如果试验过程中发生击穿或闪络等异常，应立即停止试验，查找故障点。

该项试验开展于定子绕组修复回装完毕后，水回路接通后。用以评价发电机整体绝缘水平。

7.定子绕组端部固有振动频率测试及模态分析

该项试验在发电机定子膛内新线棒下线槽楔紧固后，膛外端部焊接结束手包绝缘烘培固化完成后进行。用以评估运行时发电机的振动特性，如振动特性不合格，运行中有出现磨损破坏主绝缘的风险。

引线固有频率试验的测点位置主要是励端绕组端部相引线和主引线轴向和切向（可加测径向固有频率）。对于某些机组，当励端相引线与端部连接紧密并与之成为难以区分的整体时，可不测引线固有频率。可只做主引线的固有频率测量。

端部整体模态振型试验的测点位置是在汽侧和励侧绕组端部锥体内截面上，各取如图l所示的三个圆周，每个圆周上的测点应沿圆周均匀布置，2极发电机测点数至少16个测点，4极发电机测点数至少32个测点。推荐按圆周1至圆周3（见图4所示）的顺序测量。通常测量圆周1的模态，可根据分析的需要，加测圆周2和圆周3的数据。

加速度传感器用粘性材料或其他方法临时固定在相应的测点位置上。

采用锤击法进行动态特性测量。锤击定子绕组端部的测点位置，同时用传感器测量其响应。信号经放大器放大，送入动态信号分析仪进行分析，用适当的模态分析软件对得到的频响函数做进一步分析、拟合，可得到模态参数。相引线和主引线固有频率（Hz）要求避开（≤95，≥108）范围。

1一鼻端接头测点圆周；2一槽口测点圆周；3一渐开线中部测点圆周。

图1定子绕组端部整体模态试验测点布置图

8.总结

对于水内冷型发电机的定子绕组故障，经修复后通过上述试验即可认定为满足重新投入运行的条件。目前行业常用的发电机类型很多，故障种类也各不相同。随着电力安装、检修行业标准的逐步完善，应会形成一套属于大型发电机故障修复及相关试验的指导性规程，希望本文能对此有所帮助。

参考文献

[1]DL/T596-1996,电力设备预防性试验规程[S].

[2]GB/T1029,三相同步发电机试验方法[S].

[3]GB/T6228,汽轮发电机绕组内部水系统检验方法及评定[S].

[4]GB/T20140,透平型发电机定子绕组端部动态特性和振动试验方法及评定[S].