某发电有限责任公司#发电机转子绕组接地故障查寻附原因分析

1、七台河发电有限责任公司# 1发电机转子绕组接地故障查寻及原因分析黑龙江省电力科学研究院1概述大唐七台河发电公司 1号发电机系美国 GE公司制造的350MW汽轮 发电机组，该机定、转子等主要部件均由美国GE公司在本土加工制造，定子外壳由哈尔滨电机厂加工。额定容量：415MVA额定功率：352.75MW；最大功率：391MW额定电压：23kV额定电流：10417A;额定励磁电压：430V额定励磁电流：4233A转数：3000rpm频率：50Hz功率因数：0.85该机组自2001年12月投运以来，发电机运行良好。 该机组共进行3次小修（从未打开端盖），2004年5月20日至6月21日进行了 1号 机

2、组的小修工作。小修中发电机的检修只进行了碳刷的更换，刷架、滑 环及通风孔的吸扫；发电机端盖和轴瓦均未打开，转子未抽出。在小修过程中，5月30日时曾按规程要求测量过转子绝缘电阻，在1000 M Q（1000V摇表）以上，至6月21日小修结束后，1号机组正常恢复备用。在7月5日按省调令准备投运 1号机组时，再测量转子绝缘电阻为0.6MQ,转子绝缘电阻降低，但仍满足规程要求，按要求将#1机组投入运行，发电机在运行过程中无任何异常现象。在随后的7月10日和9月24日两次按省调令正常停机后的检查中，绝缘略有升高为0.8 M Q ,然后分别于7月23日和10月2日按规程要求投入运行。2004年10月9日按

3、省调令将1号机组停机转入备用。我们对发电机转子进行了检查， 绝缘仍未升高，而在随后的检查中发现，转子绕组对地绝缘，在盘车状 态下，用500V兆欧表测量值在 0.05M Q -100M Q之间呈有规律周期性摆 动，当外集电环导电螺钉在上半周时，绝缘电阻100MQ，外集电环导电螺钉在下半周时，绝缘电阻0.05M Q,在绝缘电阻变化时，还同时伴有清脆的轻微响声， 所以，判定为“不稳定高阻性接地故障”，根据汽 轮发电机运行规程635条的要求“当发电机的转子绕组发生一点接 地时，应立即查明故障点与性质。如系稳定性的金属接地，应尽快安排停机处理”。因此，为了消除这种缺陷，我们对转子外部进行了检查，先排除了

4、两个集电环导电螺钉及绝缘套存在问题的可能性，又排除了两个护环下导电螺钉至 1号线圈引线存在问题的可能性，且排除了汽励两 侧端部的可能性。因此，故障点判定为在转子绕组直线部分（槽部），此时，我们又对该机转子进行了进一步试验检查。其中采用“吸和吹” 的方法进行试验，也就是采用吸尘器对转子端部和励侧通风孔进行通 风，同时监测其阻值变化的试验。采用“吸和吹”的方法消除了第一个 故障点后，又进行电气试验查寻的方法，分别查出了两个故障点，经哈 电机厂修复并验收合格后，机组投入运行，运行正常。本次转子接地故障查找除了执行DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程的要求外，还增加了“测量发电机转子两极阻

5、抗电压”对比 的方法（采用0.2级电压表）。2 转子绝缘的检查2.1采用内窥镜检查为了查寻发现故障点， 尽可能避免对转子护环和绕组的拆卸，首先采用非电测量方法，利用内窥镜对转子内部进行排查。当拆除发电机上端盖内外端盖后，首先对端部进行内窥镜检查，当转子抽出后，用内窥 镜又细心地对两端护环下的绕组及绝缘垫块进行仔细检查。尤其应对发电机转子绕组出线处进行重点观察。对于其他可观查到的地方，也逐一进行观测检查。总之，对于所有能用内窥镜可以观测到的地方，都进行 了检查。检查未见异常。2.2 转子的清扫当发电机转子内窥镜检查完成后，对转子进行清扫，米用大功率吸尘器和高压压缩空气对发电机转子表面、通风孔道等

6、部位进行认真吹 扫，吹扫同时监测转子绕组的绝缘情况。在发电机转子在不同位臵时， 当用压缩空气吹扫内环极第8号线圈励侧槽口 30cm左右时，发现兆欧表有明显摆动，摆动范围为0.05M Q -10M Q左右，说明此处有绝缘缺陷，通过对该槽口缝隙等部位的彻底清扫，绝缘电阻稳定在20M Q。说明第一个绝缘缺陷（接地）点被消除。而当发电机转子位臵变化后，转子绕组对地绝缘又重新发生周期性摆动，说明仍有其他缺陷（接地）点存在。3 转子绕组接地点查寻测量方法及接线3.1放电法采用电容器放电的方法，对转子 绕组进行电脉冲冲击。首先将转子停 在绝缘电阻为 0.05M Q处，用兆欧表 对电容器进行充电，其接线如图1

7、所圈1电容器放电法按线图圈2交流电游烧穿社接线图示，电容器充满电后，合上刀闸K,对转子绕组进行放电冲击。 如放电 冲击效果理想，也可以消除转子绕 组的接地故障。由于该机属于高阻 接地故障，所以此办法没有达到预 期效果。3.2交流电源烧穿法试验接线如图2所示，在转子滑环处，施加工频交流电压，施加的 电压值不超过转子的励磁电压（Umax=304V交流），试验电流不大于10A,施加电压后，注意监视是否有冒烟或焦味等异常情况，同时注意 与滑环和转子轴的连线，要接触牢固紧密；施加电压应缓慢逐级升高，监视电流表的电流。图中Bs为隔离变压器，Bty为调压器，发电机转子停在绝缘电阻最低的位臵。采用交流电源烧穿

8、法， 可能出现两种结果， 第一种是经历一定时间（约3-5分钟）后，能烧成稳定接地，此时转子绕组接地电阻值恒定为 最小值，不随转子的位臵变化而变化；第二种是在烧穿过程中可能将接地点消除，此时转子绕组接地电阻值达兆欧级，并保持稳定不变。不随 转子的位臵变化而变化， 即可确认接地点已消除。 本机是采用先交流耐 压，后用交流烧穿为稳定低阻接地的方法。烧穿过程中应注意把握烧穿时间和电流，使得烧穿电流只破坏绝缘缺陷点，少伤及主绝缘。减小缺 陷的修复难度及工作量，尽可能缩短检修工期。如果转子绕组稳定接地，即可采用下面方法进一步测定接地点的具体位臵。3.3绕组电压分布法图3电压表法接线图试验接线如图3所示，在

9、转子绕 组两端，施加10A直流电流，用电压表测量转子绕组各匝对转子轴的电 压U,图中Rg为接地点电阻；当发电机转子接地为可靠性低阻（几欧 姆）接地时，可以根据转子绕组各匝的对地电压分布来分析判断出接地 的线圈位臵。3.4两极电压的测定试验接线如图4所示，a、b分别为正、负极，o为转子绕组中点,当转子绕组为高阻状态下，在发电机转子绕组正、 负极两端施加交流电压，分别测量转子绕组中点到两极的交流电压值，判断转子绕组的匝间Z1 022 b11 I i i o-<2） 图4两极电压的测量接线图绝缘情况，公式如下:Z1 =Z2 ； Uao=ULoUab- Uo + Ubo该机转子绕组每极 61匝，

10、每匝电压为Ub/122，当ua。和Ubo的不平 等度较大时，即可判断为有匝间短路故障或可以判定绝缘缺陷在哪一 极。用两极电压判定绕组的匝间绝缘情况具有一定的灵敏度。4 .转子绕组故障点的查寻由于该机转子绕组缺陷属于高阻多点不稳定性接地，其对地绝缘电阻值随转子的位臵变化而变化，并且故障点均发生在绕组的直线部分， 给试验查找缺陷位臵带来较大难度。对此，我们首先将转子位臵转至绝缘电阻最低点，当拔下发电机转子励侧护环后，拆下励侧阻尼瓦。恢复 第6、7、& 9、10、11励侧绝缘块、槽楔。此时发电机转子绝缘电阻 由0.04 M Q变为0.12 M Q（ 500V兆欧表）。转子位臵 210度。在此

11、位 臵对转子绕组进行交流耐压试验，对转子绕组施加工频电压至900V,转子绕组绝缘发生击穿，一次电流为500mA二次电压15V,试验变压器变比为60，耐压后测转子绕组绝缘电阻，用250V兆欧表测量，转子绕组绝缘电阻为 0 MQ,用万用表测量，转子绕组绝缘电阻为20k Q,且有回升趋势，说明有第二故障点被发现。 为了使其成为稳定低阻接地， 采用交流烧穿法，改用隔离变压器对转子绕组施加大电流，对故障点进一步烧穿，电流分别为 2A; 5A; 7.5A ； 10A逐步提高，经几次大电流的 冲击，最终用万用表测量，转子绕组绝缘电阻为8Q左右。烧穿过程中应注意把握烧穿时间和电流，使得烧穿电流只破坏绝缘缺陷点

12、，少伤及主绝缘，我们在试验时把烧穿电流及时间控制的很好，没有伤及主绝缘和匝间绝缘，减小了缺陷的修复难度及工作量，尽可能地缩短检修工期。当转子绝缘变为可靠低阻接地后，可采用绕组电压分布法，对发电机转子绕组线圈具体接地位臵进行测定，用3381直流电阻测试仪，对转子绕组施加10A直流电流，分别测量各个线圈各匝的对轴电压，具体数据见附表附表：第一次击穿后测量线圈各匝的对轴电压（mV线圈号1层2层3层4层5层6层7层8层9层1620020020521021015190180180170165160165141001101101201201301401395909080706560120101520203

13、040110101015253040101001009085807065911011512013014015016016082202102102001951901851801707220230240245250260250260632032031031030029029053303403403503553553604420420410410400390385344044545045546046547048525205205105055004901520530535540550从表中可以看到,12号线圈第一匝对地和11号第一匝对地电压为零，并且在加电流烧穿时检查汽侧出风孔有两个已经发热，并能闻到

14、焦糊味判定接地点在第12号线圈，打开12号线圈上面的槽楔，退出阻尼条， 拿出绝缘压板，发现在汽侧第5槽（12号线圈）距离汽侧槽口40.5cm的部位，槽衬与绝缘块的缝隙间有明显的放电痕迹，见照片1。说明绕组通过槽衬与绝缘块缝隙间的绝缘缺陷对阻尼条放电，怀疑可能有异物或污秽造成绝缘降低，致使爬电击穿。对故障进行清扫，彻底清理掉碳 黑，并对该绝缘故障点进行修复处理，使其达到良好状态后，再次对转 子绕组进行交流耐压试验，当转子位臵在270度，转子绕组对地施加交流1500V时，电流迅速生高到 500mA转子对地绝缘再次发生击穿，用 500V摇表测量转子绕组对地照片1：第二接地故障点照片2:第二接地故障点

15、绝缘，绝缘电阻为零，用万用表测量为 0.98k Q .说明有第三故障点存 在。如同第二个绝缘缺陷点的处理方法，用隔离变压器对转子绕组故障点进一步烧穿，电流分别为2A; 2.5A ； 5A;逐步提高，经几次电流的冲击，最终用万用表测量，转子绕组绝缘电阻为8Q左右。在转子两极施加直流10A,分别测量线圈各匝对地电压，发现汽侧第9号线圈第一匝对地电压为零，并且在加电流烧穿时看到汽侧端部有很少量烟冒出， 并能闻到焦糊味，判定接地点在第9号线圈，打开12号线圈上面的槽楔，退出阻尼条，拿出绝缘压板，发现在汽侧第7槽（12号线圈）距离汽侧槽口 50.5cm的部位，在两个绝缘压板接缝中间有放电痕迹（ 如 照片

16、3）。并在放电痕迹周围有污照片3:第三接地故障点秽痕迹，说明转子绕组通过该缝隙中的绝缘缺陷对阻尼条放电。怀疑可能是污秽造成绝缘降低，致使绝缘爬电击穿。根据以上绝缘故障的特点及对该转子的外部检查，判定在发电机转子绕组与绝缘材料间可能存在着异物或污秽导致绝缘降低，因此拆除了内环极全部线圈的全部槽楔（共16个槽）、绝缘块及阻尼条，对16个槽进行彻底清理。 清理中发现有部分槽中绝缘块有黑色污秽现象，还发现绝缘垫块表面有金属粉末。并对绝缘击穿点的绝缘进行修复整理，修复后根据 DL/T 596-1996电力设备预防性试验规程，用2500V兆欧 表对转子绕组耐压，绝缘电阻为1780/482M Q,吸收比为3

17、.69。兆欧表为MEGGES1 5001。耐压后，用1000V兆欧表测量，转子绕组绝缘电 阻为1600/300 M Q,吸收比为 5.33。兆欧表为 3301。5.转子绕组回装过程的质量监控由于在该发电机转子的修复过程中，经历了拔护环、退出槽楔、退 出绝缘块及阻尼条，并抬起部分线圈，为了确保回装后的质量，在处理 转子的每一步骤前后，均进行试验数据比较，尤其是转子两极电压分布、 转子交流阻抗、绕组直流电阻及绕组对地绝缘电阻。这些试验项目对于监测转子匝间绝缘及转子主绝缘状况极其灵敏。2004年11月27日修复后施加200V的交流电压，测得外环极对绕 组中点电压为98.4V ,内环极对绕组中点电压为

18、 100.8V。两极电压差： V内外=+2.4V。差值为+1.2%。在转子修复前后的交流阻抗测试中，阻抗有所增大。当电压为240V时，功率损耗增加3.7%，这是由于前后两次试验时，转子平行放臵于发电机定子旁边（约 0.6米），且修复后转子大齿的位臵旋转了90度，使得修复后较修复前试验时，转子大齿更靠近发电机定子及外壳，漏磁增大，从而增加了损耗。转子处理过程中，由于转子绕组整体温度没有降至统一值，试验测得的直流电阻值只作为参考。具体试验数据见#1发电机转子绕组修复过程的试验报告。2004 年12月2日，起机前对1号机转子再次进行膛内的交流阻抗 测试及直阻测量，与原始数据比较无异常。当发电机空转时

19、（未加励磁 时）在2500转/分和3000转/分时分别进行了交流阻抗测量和对地绝缘 电阻的测量，测量数据正常。在随后的发电机在空载状态下监测发电机参数，发电机空载励磁电流 1557A ;发电机空载励磁电压 V=180.4V, 与原始数据比较无明显变化，发电机和轴系振动无异常。且带负荷后运 行正常。6.原因分析：通过对七台河1号发电机转子缺陷的处理， 我们认为该故障属于转 子绕组直线段“高阻性不稳定多点接地故障”，该故障点随转子旋转位臵变化而变化，这在以往的转子故障案例中是较为罕见的，因此给故障查找及检修带来了较大难度。从试验结果和现场所看到的故障情况，综合分析该故障是由于制造质量所造成的。在刚刚抽出转子时， 我们发现在转子两侧有少量的污秽，尤其有些污秽已经变为黑色，在两个击穿点的绝缘块上，在阳光下可观察到有闪闪发亮的金属颗粒，说明有少量金属粉末附着在绝