汽发转子匝间短路故障原因分析与预防(东方电机)

1、 2011 2011年年1111月月1616日日 1.1.汽轮发电机转子结构汽轮发电机转子结构2.2.转子匝间短路的概念转子匝间短路的概念3.3.转子匝间短路的实例转子匝间短路的实例4.4.转子匝间短路的原因转子匝间短路的原因6.6.转子匝间短路的检测转子匝间短路的检测5.5.转子匝间短路的预防转子匝间短路的预防 内容概述内容概述 1.1.汽轮发电机转子结构汽轮发电机转子结构转子加工转子线圈转子下线转子下线完工转子线圈下线前转子端部绝缘材料转子槽部绝缘转子端部垫块 1.1.汽轮发电机转子绝缘结构汽轮发电机转子绝缘结构 2.2.转子匝间短路的概念转子匝间短路的概念2.1 2.1 何谓转子匝间短路

2、何谓转子匝间短路2.2 2.2 转子匝间短路的分类：转子匝间短路的分类：（2 2）动态转子匝间短路）动态转子匝间短路（1 1）稳定性转子匝间短路）稳定性转子匝间短路 3. 3.转子匝间短路实例转子匝间短路实例转子槽部匝间绝缘击穿原因：金属性异物导电，绝缘损伤3.1 3.1 转子槽部匝间短路转子槽部匝间短路3.2 3.2 油污状态下发电机转子匝间短路油污状态下发电机转子匝间短路匝间绝缘错位，表面油污 3. 3.转子匝间短路实例转子匝间短路实例汽端极#8上面23匝之间转角R处绝缘损坏3.3 600MW3.3 600MW发电机转子转子匝间短路发电机转子转子匝间短路原因：弯形造成铜线厚薄不均，磨损匝间

3、绝缘 3. 3.转子匝间短路实例转子匝间短路实例汽端1极#8下面12匝出槽口直线段靠近转角R处绝缘损坏 3. 3.转子匝间短路实例转子匝间短路实例励端极#5上面12匝之间靠近转角R处绝缘损坏 3. 3.转子匝间短路实例转子匝间短路实例 4. 4.转子匝间短路原因转子匝间短路原因4.1 4.1 绝缘老化和损伤：绝缘老化和损伤：（1 1）绝缘老化：）绝缘老化： 早期云母绝缘，绝缘老化造成匝间短路。早期云母绝缘，绝缘老化造成匝间短路。 现在采用的匝间绝缘是具有很高电气性能和机械强度现在采用的匝间绝缘是具有很高电气性能和机械强度 的绝缘材料（的绝缘材料（MONEXMONEX复合纸）。复合纸）。（2 2

4、）机械损伤：）机械损伤： 制造或运行过程中，匝间绝缘损伤，易造成匝间短路制造或运行过程中，匝间绝缘损伤，易造成匝间短路。4.2 4.2 制造不良：制造不良： 线圈形状不整齐，或厚薄不均，磨损绝缘；线圈形状不整齐，或厚薄不均，磨损绝缘； 线圈通风孔周边倒角去毛刺不彻底；线圈通风孔周边倒角去毛刺不彻底； 匝间绝缘固定不良，匝间绝缘移动错位。匝间绝缘固定不良，匝间绝缘移动错位。4.3 4.3 异物短路：异物短路： 制造过程中，或运行过程中，金属性异物（如铁屑等）制造过程中，或运行过程中，金属性异物（如铁屑等） 进入转子，造成匝间短路。进入转子，造成匝间短路。4.4 4.4 污染：污染： 发电机内进油

5、，污染转子线圈表面，造成转子匝间爬发电机内进油，污染转子线圈表面，造成转子匝间爬 电，形成短路。电，形成短路。 4. 4.转子匝间短路原因转子匝间短路原因5. 5. 转子匝间短路的预防转子匝间短路的预防5.1 5.1 制造厂质量控制：制造厂质量控制： （1 1）改善转子线圈弯形质量；）改善转子线圈弯形质量； （2 2）铜线加工后彻底清除毛刺；）铜线加工后彻底清除毛刺； （3 3）保证匝间绝缘的粘接质量；）保证匝间绝缘的粘接质量； （4 4）保证下线过程中的清洁度及端部块等的装配质量。）保证下线过程中的清洁度及端部块等的装配质量。 5. 5.转子匝间短路的预防转子匝间短路的预防 （1 1）保留原

6、始的记录，以便于对比分析：）保留原始的记录，以便于对比分析： 如空载特性、短路特性、发电机出力（有功如空载特性、短路特性、发电机出力（有功/ /无功）、无功）、 振动、温升、励磁电流等等振动、温升、励磁电流等等；（2 2）防止发电机漏油：）防止发电机漏油： 建议老机组加装接触式油档；建议老机组加装接触式油档；（3 3）电机防护：）电机防护： 检修过程中加强防护，防止异物进入。检修过程中加强防护，防止异物进入。 （4 4）加强监测：）加强监测： 加强监测并建议安装转子匝间短路探测装置。加强监测并建议安装转子匝间短路探测装置。 5.2 5.2 电厂运行注意事项：电厂运行注意事项： 5. 5.转子匝

7、间短路的预防转子匝间短路的预防6.1 6.1 匝间短路检测各种方法及其比较匝间短路检测各种方法及其比较序序检测方法检测方法灵敏度灵敏度定位定位短路类型短路类型1空载特性法空载特性法低低不可不可2短路特性法短路特性法低低不可不可3直流电阻法直流电阻法低低不可不可静态静态4直流压降法直流压降法高高可至点可至点静态静态5交流压降法交流压降法高高可至点可至点静态静态6交流阻抗法交流阻抗法高高不可不可静态静态+动态动态7探测线圈法探测线圈法高高可至槽可至槽静态静态+动态动态8RSO法法高高可至槽可至槽静态静态+动态动态 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测 用调压器输出的单相交流电压施加在转子集电环上（

8、一般为220V,最高不超过转子额定励磁电压/2），在转子转速从上升到额定转速和下降过程中，连续测量转子电压、电流。电压和电流通过变送器引入计算机（同时转速信号也引入），计算机自动计算出交流阻抗，并自动作出阻抗转速曲线。若转子绕组没有匝间短路，阻抗转速曲线的变化是平滑的。若转子绕组中存在匝间短路，在阻抗转速曲线上，阻抗表现为有一个明显的“阶跃突变” 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测6.2 6.2 连续测量转子绕组交流阻抗转速曲线连续测量转子绕组交流阻抗转速曲线例例1: 1: 转子在高速出现匝间短路转子在高速出现匝间短路 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测 图形分析：从图图形分析：从图1 1

9、阻抗转速曲线看出：阻抗转速曲线看出：1.1.在转子转速上升过程在转子转速上升过程中，在中，在2400r/min2400r/min，阻抗有一个向下的，阻抗有一个向下的 “ “阶跃突变阶跃突变”（即出现匝间（即出现匝间短路），短路），2400r/min2400r/min和和2700r/min2700r/min阻抗比较，阻抗变化阻抗比较，阻抗变化2.6%2.6%。在转子。在转子转速下降过程中，当转速下降到转速下降过程中，当转速下降到1900r/min1900r/min后，阻抗又有一个向上后，阻抗又有一个向上“阶跃突变阶跃突变”，表明匝间短路点消失。这种情况就是典型的高转速，表明匝间短路点消失。这种情

10、况就是典型的高转速时出现匝间短路，转速低到某一转速匝间短路点就消失。时出现匝间短路，转速低到某一转速匝间短路点就消失。 上述情况如果按照现行上述情况如果按照现行JB/T8446-2005JB/T8446-2005的规定，每隔的规定，每隔300r/min300r/min之之间的阻抗差不得大于最大值的间的阻抗差不得大于最大值的5 5的标准来判断，在的标准来判断，在2400r/min2400r/min和和2700r/min2700r/min阻抗的变化就是合格的。而在初始阶段阻抗的变化就是合格的。而在初始阶段0r/min0r/min和和300r/min300r/min阻抗变化阻抗变化7%7%反而会认为

11、是不合格的。这样很容易误判。反而会认为是不合格的。这样很容易误判。（现在（现在 JB/T8446-2005 JB/T8446-2005 正在修订中）正在修订中） 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测例例2 2：转子在低速出现匝间短路：转子在低速出现匝间短路 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测 从图从图2 2阻抗转速曲线看出：在转速上升过程中，当转速上升至阻抗转速曲线看出：在转速上升过程中，当转速上升至2100r/min2100r/min以后阻抗有一个向上的以后阻抗有一个向上的“阶跃突变阶跃突变”（即匝间短路消失）（即匝间短路消失）阻抗变化阻抗变化3.6%3.6%（2100r/min2100r

12、/min和和2400r/min2400r/min阻抗比较）。在转速下降过阻抗比较）。在转速下降过程中，当转速下降到程中，当转速下降到300r/min300r/min后阻抗又有一个现下的后阻抗又有一个现下的“阶跃突变阶跃突变”，表明匝间短路又出现。阻抗变化，表明匝间短路又出现。阻抗变化7.0%7.0%（300r/min300r/min和和600r/min600r/min阻抗阻抗比较）。比较）。 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测 以上两种情况是典型的动态不稳定匝间短路，从短路点的阻抗变以上两种情况是典型的动态不稳定匝间短路，从短路点的阻抗变化看，在出现匝间短路时，阻抗变化在化看，在出现匝间短路

13、时，阻抗变化在2.6%2.6%7.0%7.0%之间。因此我们的之间。因此我们的经验是经验是：不管阻抗变化多少，只要阻抗有突变不管阻抗变化多少，只要阻抗有突变就怀疑有匝间短路的可能就怀疑有匝间短路的可能。用连续测量阻抗转速曲线。用连续测量阻抗转速曲线，可以非常直观的看到匝间短路点出现在哪个转速下。因此它是判断，可以非常直观的看到匝间短路点出现在哪个转速下。因此它是判断转子动态匝间短路最有效、最灵敏的方法之一。转子动态匝间短路最有效、最灵敏的方法之一。 6.3 6.3 探测线圈法测量探测线圈法测量转子动态匝间波形转子动态匝间波形2 2极转子：极转子： 取一个磁极上的一个线圈电压与另一磁极上相对应的

14、取一个磁极上的一个线圈电压与另一磁极上相对应的同号线圈电压之差值与两者较大值之比。（同号线圈电压之差值与两者较大值之比。（JBJBT 8446T 8446推荐方法）推荐方法）4 4极转子：最低平均值与其他三个值的平均值比较。（极转子：最低平均值与其他三个值的平均值比较。（AlstomAlstom推推荐方法）荐方法） 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测例3：两极转子波形分析（JBT 8446方法） 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测例3：两极转子波形分析（JBT 8446方法） 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测序号电压序号电压 差值（%）判别标准（%）每槽匝数 AS-14.1BN-14.

15、151.20511.254AS-27.663BN-27.81.7636.437AS-37.05BN-37.0750.3536.437AS-47.025BN-47.02506.437AS-57.012BN-57.0250.1786.437AS-67.062BN-67.1621.3966.437AS-77.162BN-77.1370.3496.437AS-87.175BN-87.2631.2056.437AN-87.263BS-87.30.5146.437AN-77.25BS-77.2750.3446.437AN-67.325BS-67.41.0146.437AN-57.437BS-57.4370

16、6.437AN-47.5BS-47.5130.1666.437AN-37.75BS-37.7750.3226.437AN-28.338BS-28.350.156.437AN-13.15BS-13.15011.254例4：4极转子波形分析（ Alstom推荐方法） 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测线圈号A极B极C极D极最小值/其他3个平均值每槽匝数等效匝数gdmgdmgdmgdm19.549.859.79.59.869.689.69.859.739.59.859.680.99765.9825.8565.935.85.955.885.855.985.925.7865.890.99476.963

17、5.585.565.575.435.545.495.55.555.535.55.65.550.98876.9245.385.315.355.35.35.35.285.325.35.35.365.330.99376.9555.255.245.255.25.235.225.25.185.195.195.255.220.99276.9565.25.15.155.165.25.185.15.125.115.125.25.160.9976.93 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测例5：某300MW汽轮发电机转子匝间短路波形 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测通过定标可以清楚的判断短路点在通过定标可以

18、清楚的判断短路点在I I极的第八槽极的第八槽例6：某600MW汽轮发电机在现场测试转子匝间短路波形 6.转子匝间短路检测转子匝间短路检测极N极S极NO1234567887654321A3959.25552504947.2464543.943.145.537.534.55043.9极S极N极NO1234567887654321B386047.543.451494846.54645.544.54444455144变化2.61.713.616.5201.712.23.53.13.514.823.320.2 从分析数据看出，发电机转子从分析数据看出，发电机转子#3#3和和#4#4线圈均超过标准值（标准值不线圈均超过标准值（标准值不大于大于6.4%6.4%