大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電阻偏大的分析與處理

林鎮(zhèn)鈺

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

在預(yù)防性試驗(yàn)中，測(cè)試發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組直流電阻的目的是檢查線圈內(nèi)部、引線處的焊接質(zhì)量以及連接點(diǎn)的接觸情況。若繞組某個(gè)部位接觸不良，由于運(yùn)行中勵(lì)磁電流很大，會(huì)在此部位引起發(fā)熱和電弧放電，威脅發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行。近年來各電力集團(tuán)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障的例子不在少數(shù)，若試驗(yàn)中測(cè)得直流電阻超出規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)查明原因，避免轉(zhuǎn)子故障引起停機(jī)。

1 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及缺陷發(fā)現(xiàn)［1－3］

廣東珠海金灣發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱金灣公司)2臺(tái)600MW機(jī)組于2007年正式投產(chǎn)，汽輪發(fā)電機(jī)采用上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的QFSN－600－2型水－氫－氫發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子繞組主要由繞組線圈、磁極引線、導(dǎo)電螺桿及軸向?qū)щ姉U組成。繞組線圈共有16組，每極8組，通過磁極引線與導(dǎo)電螺桿相連，再與軸向?qū)щ姉U相連，軸向?qū)щ姉U在勵(lì)端軸端處形成L型引線，與集電環(huán)連接構(gòu)成轉(zhuǎn)子電氣回路。

2015年，#4機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修，發(fā)電機(jī)抽出轉(zhuǎn)子后進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)，測(cè)得轉(zhuǎn)子直流電阻比出廠值大4.38%，超出規(guī)程要求的2.00%，在排除試驗(yàn)接線等外在因素影響的情況下，初步認(rèn)定轉(zhuǎn)子繞組存在缺陷，需進(jìn)一步分析與檢查。

2 試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)

在L型引線處用雙臂電橋測(cè)直流電阻，數(shù)據(jù)見表1。

表1 #4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電阻

查得出廠直流電阻為75.50 mΩ(15℃)，將數(shù)據(jù)換算至21℃下為77.31 mΩ，與此次試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比偏差較大，不平衡率達(dá)到4.38%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)程要求的2.00%。表1中的數(shù)據(jù)是在轉(zhuǎn)子的極2引線朝下時(shí)測(cè)得，若直流電阻偏大是由接觸不良引起的，則由于重力作用，轉(zhuǎn)子在不同角度測(cè)得的直流電阻可能會(huì)有所不同。設(shè)轉(zhuǎn)子極2引線朝下時(shí)為0°，將轉(zhuǎn)子分別逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，180°(極2引線朝上)，同時(shí)，為了確定哪一部分直流電阻偏大，分別測(cè)量轉(zhuǎn)子在以下4個(gè)位置的直流電阻。

(1)L型引線間。測(cè)得的直流電阻為整個(gè)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的直流電阻，一般情況下轉(zhuǎn)子直流電阻應(yīng)在此處測(cè)得。

(2)導(dǎo)電螺桿間。測(cè)得的直流電阻為轉(zhuǎn)子內(nèi)部繞組線圈的直流電阻。

(3)極1引線。測(cè)的是極1引線到#1導(dǎo)電螺桿間的直流電阻。

(4)極2引線。測(cè)的是極2引線到#2導(dǎo)電螺桿間的直流電阻。

理論上引線間的直流電阻應(yīng)等于導(dǎo)電螺桿間、極1引線、極2引線3個(gè)直流電阻之和。各部位的直流電阻見表2。

另外，若導(dǎo)電螺桿松動(dòng)，則會(huì)影響轉(zhuǎn)子密封性，為了排除導(dǎo)電螺桿松動(dòng)引起的接觸不良，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行氣密試驗(yàn)，壓力1.4 MPa，時(shí)間1 h，試驗(yàn)證明導(dǎo)電螺桿無松動(dòng)。

3 故障點(diǎn)的查找［4－5］

正常情況下，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到任何位置，同一部位所測(cè)得的直流電阻數(shù)值應(yīng)基本相同。從表2可以看出，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到不同角度，在導(dǎo)電螺桿間測(cè)得的數(shù)值偏差很小，可以認(rèn)為不受旋轉(zhuǎn)角度影響，且與出廠試驗(yàn)引線間直流電阻很接近，可暫時(shí)認(rèn)為轉(zhuǎn)子內(nèi)部繞組線圈未出現(xiàn)問題。但在L型引線間、極2引線處測(cè)得的直流電阻偏差較大，角度為90°時(shí)，極2引線直流電阻為11.950 0 mΩ，180°時(shí)為0.056 5 mΩ，兩者相差200多倍，說明轉(zhuǎn)子極2引線存在受旋轉(zhuǎn)角度影響的缺陷。

表2 轉(zhuǎn)子在不同角度下的直流電阻 mΩ

仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)極2導(dǎo)電螺桿處的壓緊螺帽、墊塊均松動(dòng)，用手可以轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1所示。導(dǎo)電螺桿與磁極引線線耳的固定依靠壓緊螺帽徑向朝外收緊，使線耳緊壓導(dǎo)電螺桿螺帽，壓緊螺帽底下墊的是由2塊半環(huán)形墊塊組成的圓環(huán)(如圖2所示)，環(huán)形墊塊用滌玻繩綁好再用環(huán)氧膠固化。正常情況下，環(huán)形墊塊應(yīng)緊緊頂住螺帽，使壓緊螺帽無法徑向移動(dòng)。而目前環(huán)形墊塊可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，說明已失去作用，壓緊螺帽的松動(dòng)導(dǎo)致繞組線耳與導(dǎo)電螺桿接觸不良。

圖1 導(dǎo)電螺桿與繞組線圈連接

這也解釋了轉(zhuǎn)子在不同角度下測(cè)得的直流電阻不同的原因:由于螺帽的松動(dòng)，線耳與導(dǎo)電螺桿螺帽及壓緊螺帽間有間隙，導(dǎo)致在重力作用下，角度不同時(shí)線耳與導(dǎo)電螺桿接觸面積有較大差別，從而造成測(cè)得的直流電阻有較大偏差。

4 原因分析及處理

4.1 原因分析

為了徹底解決缺陷，金灣公司請(qǐng)廠家到現(xiàn)場(chǎng)拆下極1、極2導(dǎo)電螺桿進(jìn)行全面檢查，通過仔細(xì)檢查及分析，總結(jié)了轉(zhuǎn)子繞組直流電阻偏大有以下幾方面原因。

圖2 環(huán)形墊塊

圖3 磁極引線線耳

(2)制造工藝缺陷導(dǎo)致環(huán)形墊塊厚度不夠，環(huán)形墊塊與壓緊螺帽間有間隙，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，起不到固定作用。

(3)2010年，#4發(fā)電機(jī)曾出現(xiàn)過2次定子接地故障，故障電流所產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力可能對(duì)轉(zhuǎn)子部件造成沖擊，導(dǎo)致壓緊螺帽松動(dòng)。

(4)發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)及振動(dòng)可能造成壓緊螺帽松動(dòng)。

(5)導(dǎo)電螺桿密封膠圈老化，在運(yùn)行中滲入密封油，導(dǎo)致導(dǎo)電螺桿插孔內(nèi)油污較多，降低了導(dǎo)電性。

(1)磁極引線線耳鍍銀層有損傷，如圖3所示，這是由于線耳與導(dǎo)電螺桿接觸不良，大電流流過線耳引起的燒傷，若不及時(shí)處理，燒傷面積會(huì)逐步變大，最終引發(fā)事故。

4.2 處理措施

(1)用酒精清理導(dǎo)電螺桿插孔內(nèi)油污，打磨所有接觸面并按出廠標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行鍍銀。

(2)導(dǎo)電螺桿密封膠圈的使用時(shí)間已接近更換周期，并且已老化變形，利用此機(jī)會(huì)一并更換。

(3)回裝導(dǎo)電螺桿時(shí)用275 N·m的力矩扳緊螺帽，在擰緊壓緊螺帽后進(jìn)行沖孔鎖死，防止松動(dòng)。

(4)更換厚度適合的環(huán)形墊塊，用工具將墊塊打入壓緊螺帽下，再用滌玻繩綁緊，并在滌玻繩上涂固化劑，使滌玻繩與環(huán)形墊塊凝固為一體，防止松動(dòng)。

經(jīng)過處理后，氣密試驗(yàn)通過，測(cè)得直流電阻數(shù)據(jù)見表3。

表3 經(jīng)處理后轉(zhuǎn)子在不同角度下的直流電阻 mΩ

從測(cè)得數(shù)據(jù)可看出，各部位直流電阻基本不隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度變化而變化，與出廠值(換算至24℃下為78.22 mΩ)相比不平衡率為0.90%，已符合規(guī)程要求，故障點(diǎn)消除。

5 結(jié)束語

在轉(zhuǎn)子檢修過程中，若測(cè)得直流電阻數(shù)據(jù)異常，應(yīng)仔細(xì)分析原因，可將繞組直流電阻分為幾部分測(cè)量，同時(shí)應(yīng)在轉(zhuǎn)子不同旋轉(zhuǎn)角度下比較各個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)異常數(shù)據(jù)縮小故障范圍，最終確定故障點(diǎn)。特別是由于導(dǎo)電螺桿處各部件的松動(dòng)較為隱蔽，容易被忽視，從表2可看出，若導(dǎo)電螺桿處有部件松動(dòng)，直流電阻也有可能合格(如表2中180°時(shí))，因此在有條件的情況下應(yīng)測(cè)量轉(zhuǎn)子在不同角度下的直流電阻，同時(shí)應(yīng)用專用工具對(duì)導(dǎo)電螺桿各連接部位做專項(xiàng)檢查，以消除隱患。

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