发电机转子导电杆短路缺陷分析

发电机转子导电杆短路缺陷分析

黄志敏

川投（达州）燃气发电有限公司  四川达州  635000

摘要  本文针对300MW级调峰发电机转子导电杆短路缺陷进行分析，及时在迎峰度冬关键发电期间采取有效技术措施和积极协调抢修，顺利消除电力设备主机缺陷，为提前恢复机组发电创造了硬件条件。

关键词  调峰电厂发电机转子:  短路   排查   抢修

0概述

某300MW级调峰发电机组在正常启机后，准备并网操作过程中TCS报励磁故障报警跳闸，现场查看励磁系统指示无异常后，再次进行起励仍然失败。联系设备厂家到场检查确认为发电机转子回路局部短路故障，造成该公司年度发电目标未完成，直接和间接经济损失严重。

1案列分析

1.1案例描述

某公司300MW级调峰发电机于某日1时许停机，4时许再次启机后，准备并网操作过程中，TCS报励磁故障报警跳闸，现场查看励磁系统指示无异常后，再次进行起励仍然失败。维护人员仔细排查励磁控制系统正常情况下，在后续施加励磁时，励磁电压始终只有3V左右，而励磁电流达200A左右。

鉴于以上数据严重异常情况，积极协调厂家技术人员赶到现场指导下，用电桥法测得转子的直阻为1.8mΩ，与出厂值相差约50倍，经厂家现场人员将数据反馈厂内组织专业团队分析为转子绕组回路内部存在短路点。为了顺利查找短路点位置，于数日后停盘车状态下用专业工具和材料脱开导电杆内侧大螺钉后，测得内外集电环之间直阻为0.12 mΩ，转子绕组直阻为100mΩ，由此判定两瓣导电杆之间存在直接短路点，需抽出发电机转子检查或返厂修理。

1.2 发电机转子抽出定子外解体、排查过程

1) 导电杆大螺钉（汽机侧）根部即两瓣之间电工绝缘板双层均明显全部碳化。  

2) 导电杆汽机侧端部短路烧损两瓣间绝缘及铜板存在明显烧蚀情况。

3) 转子励磁端测速法兰盘拆卸时，有较大气压及少量带异味的白色烟雾突出。

4) 导电杆装配件解体后未发现异物。   

1.3 发电转子出厂试验报告

1) 转子绕组直流电阻：0.098Ω，温度：20℃

2) 转子绕组绝缘电阻：120MΩ,500V档，温度21℃

3) 转子绕组交流耐压：电源频率50Hz，试验电压4000V，试验数据正常。

4）转子超数试验：3600r/min 持续时间2分钟正常。

5）转子动平衡及气密性试验数据均良好。

2故障原因排查及分析

1)机组于1时许停机，4时许重新启机后，准备并网操作时跳机，并未受到电网冲击、电压波动等外部干扰情况下跳机；

2)故障发生后通过自查、设备供应及制造商专业人员反复检查现场运行记录、核查现场巡视和维护记录及后台监控的操作记录与数据，均未发现有违反电力系统安全生产规定或产品安装使用说明书禁止的操作步骤，排除人为误操作等因素；

3)导电杆短路故障发生时间在机组正常停机后重新启机并网前，3小时内未开展任何检修等工作，该发电机停机后盘车工况正常；

4)故障后拆开导电杆励磁侧转数测量用金属法兰盘时，发现有较大气压及带异味的白色烟雾突出，说明该导电杆安装腔室不存在密封不严或对外吸潮可能，如密封不严则故障2周后不会有压力存在，该次故障与运行环境、工况不存在必然联系；

5)导电杆绝缘筒返厂后解体，确认故障点在正负极两瓣之间绝缘板已经深度碳化而直接导通；

6)两瓣导电铜板之间电工绝缘板材选型或材料质量存在瑕疵，在出厂前未及时发现，造成设备投运后绝缘击穿（出厂时环境温度21℃，500V兆欧表测绝缘值120MΩ，虽然合格但是偏低（而抢修完成后环境温度12.5℃，500V兆欧表测绝缘值为3.24GΩ，二者之间差距近30倍； 抢修期现场二次加工后未穿入转子前，用1000V兆欧表测得︱极对地绝缘71.0GΩ 、‖极对地绝缘73.0GΩ）；

7)导电杆大、小螺钉设计、装配工艺存在异常阻力或瑕疵，至少没有装配的深度值参考标准及要求，只有力矩值要求存在不合理性，会造成螺钉与导电杆装配之间因某种原因形成异常阻力误判为已经拧紧，误投运后在大电流、日启停调峰模式下，铜排内层根部虚接点异常发热，使导电杆两极间绝缘垫板逐渐碳化至击穿引发事故（该现象在该发电机抢修中，复装小螺钉时就在全部工序完成后发现小螺钉裸露高度有异常，复检后再往里面拧进达6mm）；

8)导电杆在厂内装配时，组装环境、清洁度等不够，导致细小异物或导电颗粒物进入导电杆绝缘筒内，造成两瓣铜排之间垫板在运行、振动中到达绝缘薄弱点而瞬时击穿引发跳机事故；

3故障抢修

3.1故障件拆除困难重重

1）为尽量缩短检修工期，在不影响机修专业拆卸连轴器及盘动转子工作情况下，利用机修工作间隙及时沟通、协调设备制造商专业工装人员3次进入发电机励端内部，均未将大螺钉锁紧螺母松动，仔细琢磨图纸及结合现场实际，制作异形专用工具，辅助原装专用工具顺利拆除了大螺钉锁紧螺母，比原计划提前2天发现并解决了拆卸困难的问题之一；

    2）次日上午，再次协助厂家进入发电机内部，将2个大螺钉用专用绝缘纸隔离，在转子抽出前就确认了导电杆正负极间有短路点,将故障点范围大幅缩小；

    3）次日晚上抢修队伍及相关人员连班，将该发电机转子抽出放至专用支架，连夜使用原厂专用工具，增加加力杆近一倍长，扳坏2套力矩扳手受力头及2套备用改制工具头，均未松动导电杆大、小螺钉；

4）通过认真思考和仔细琢磨，临时采购急件将原配工具受力孔由12 mm改为20mm，分别焊接一套专用改装工具，在导电杆励端小螺钉上尝试未能成功，综合分析后，改到导电杆汽端大螺钉上尝试则比较轻松的拆除上下大螺钉，再返回拆励端上下方小螺钉，原来无法松动的小螺钉也比较轻松拆除，说明之前分析的故障原因第7条某种异常阻力或瑕疵问题的确存在。       

3.2 故障件修复一波三折

    1) 完成导电杆全部解体和故障点确认工作后连班装车，连夜专车将280Kg导电杆整体送达设备制造厂，破拆后更换绝缘筒、处理大小螺钉密封面后，一周后深夜随专用电动支架一同专车返回抢修现场，待试验合格后回装。

2）次日在业主及厂家共同见证下，现场开箱清理、封堵单侧大小螺钉孔后，10时许翻转180度又发现另一侧励端绝缘筒全开裂缝长达60mm。

3) 厂家发现绝缘筒开裂后第一反应就是直接返厂，通过及时与设备制造商技术人员沟通方案及技术要求，提出现场保障措施后，当日15时厂家同意在现场工装人员监护下给一次现场修复机会；

4）为了节约时间，减少一次中心调整而在毛胚加工完成后，直接在车床上利用专用胶和绑固带小心翼翼的交替缠绕数层，通宵烘烤至次日7时再精加工至合格尺寸，试验合格后开始复装。

4结语

通过本次发电机转子故障分析、原因排查及抢修应急措施应用的效果综合分析后，及时安排对状态检修完成才5个月的另一台发电机转子重新排查，防范和杜绝同类缺陷重复发生或扩大事故，通过排查未发现同类缺陷存在。

设备运维中出现的缺陷不论大、小均要认真分析、举一反三，发现0.1%的疑惑就要付出100%的努力去排查，杜绝因小失大、重复故障、欠修或过度检修，从本质上提高设备健康水平，确保自己所辖设备安全、经济运行。

作者简介：

    黄志敏（1972-）男，汉族，四川省眉山人，工程师/技师，从事发电厂电力设备管理工作。