張佳文，廖海威

(湖北清江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

湖北清江水布埡電廠位于湖北省恩施土家族自治州巴東縣水布埡鎮(zhèn)，地下廠房安裝4臺(tái)單機(jī)容量460 MW總裝機(jī)容量1 860 MW水輪發(fā)電機(jī)。其中，1、2號(hào)機(jī)組由東方電機(jī)廠制造，3、4號(hào)機(jī)組由哈爾濱電機(jī)廠制造。

1 磁極匝間短路發(fā)現(xiàn)過(guò)程

在水布埡電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)一次例行C修中，檢修人員對(duì)定子繞組進(jìn)行了絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)、泄漏電流及直流耐壓進(jìn)行了測(cè)量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》[1]的要求；對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行了絕緣電阻、直流電阻測(cè)量和轉(zhuǎn)子交流阻抗測(cè)試，所有試驗(yàn)結(jié)果合格。轉(zhuǎn)子繞組具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)預(yù)防性試驗(yàn)記錄表

對(duì)吊出機(jī)坑的19、20號(hào)磁極進(jìn)行常規(guī)外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；在隨后進(jìn)行的19、20號(hào)磁極預(yù)防性試驗(yàn)檢查中，發(fā)現(xiàn)19號(hào)磁極交流阻抗數(shù)值偏小。19、20號(hào)磁極試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2、表3。

表2 19、20號(hào)磁極絕緣、直阻試驗(yàn)記錄表 mΩ

表3 19、20號(hào)磁極交流阻抗試驗(yàn)記錄表

試驗(yàn)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，發(fā)現(xiàn)19號(hào)磁極與20號(hào)磁極相比，絕緣電阻、直流電阻均合格，在相同試驗(yàn)電流下，19號(hào)磁極交流阻抗偏小50%以上。在發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后，檢修人員再次對(duì)19號(hào)磁極外表進(jìn)行清掃，清除磁極表面油污、粉塵，并重點(diǎn)檢查磁極繞組散熱邊無(wú)焊渣、金屬雜質(zhì)。排除外部因素后，換用多套設(shè)備再次測(cè)量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)變化，可以排除試驗(yàn)設(shè)備故障的可能。試驗(yàn)人員將19號(hào)磁極的交流阻抗數(shù)值與歷年來(lái)1號(hào)機(jī)組單臺(tái)磁極在相同條件下測(cè)量的數(shù)值進(jìn)行橫向比較，確認(rèn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常是由于磁極繞組缺陷引起，疑似為匝間短路故障。

2 磁極繞組匝間短路分析與處理

2.1 磁極繞組匝間短路危害

磁極繞組匝間短路是發(fā)電機(jī)較為常見(jiàn)的一種設(shè)備缺陷。輕微的匝間短路不影響設(shè)備運(yùn)行，短路點(diǎn)可能會(huì)表現(xiàn)出局部過(guò)熱；如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，故障會(huì)進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致機(jī)組勵(lì)磁電流增大，無(wú)功輸出減小，轉(zhuǎn)子電磁力不平衡，致使發(fā)電機(jī)振幅增大[2]；短路點(diǎn)的局部過(guò)熱可能會(huì)破壞磁極繞組絕緣，造成轉(zhuǎn)子一點(diǎn)或兩點(diǎn)接地，進(jìn)而導(dǎo)致鐵芯磁化、轉(zhuǎn)子大軸磁化，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.2 磁極繞組匝間短路常見(jiàn)判斷方法

判斷磁極繞組是否存在匝間短路故障，常見(jiàn)的試驗(yàn)方法有直流電阻法、交流阻抗法和匝間沖擊耐壓試驗(yàn)。直流電阻法，就是對(duì)磁極測(cè)量直流電阻，并與相同溫度下其他磁極直阻進(jìn)行對(duì)比，若直阻明顯偏低，則說(shuō)明被測(cè)量磁極存在匝間短路故障。交流阻抗法可以檢查磁極繞組匝間絕緣是否良好、磁路是否正常。在磁極繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，短路繞組電流大于正常電流，具有強(qiáng)烈的去磁效應(yīng)，即使短路匝數(shù)少效果也很明顯。如果該磁極的交流阻抗明顯小于其他磁極或小于轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗平均值，并且功率損耗增大，此時(shí)應(yīng)對(duì)磁極繞組進(jìn)行表面清潔。清除污穢過(guò)后試驗(yàn)數(shù)據(jù)仍沒(méi)有變化的，可以確認(rèn)磁極存在匝間短路現(xiàn)象[3]。如果條件允許，還可以對(duì)磁極在定子膛內(nèi)、膛外分別測(cè)量，以提高試驗(yàn)準(zhǔn)確性。匝間沖擊耐壓試驗(yàn)就是使用匝間沖擊儀對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行匝間耐壓試驗(yàn)，在相同的測(cè)試?yán)@組上交替施加規(guī)定峰值和波前時(shí)間的沖擊電壓波，檢測(cè)沖擊電流在正常繞組和短路繞組中引起的衰減震蕩波形的差異，用來(lái)確定轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障[4]。

2.3 本次匝間短路故障分析與處理

本次1號(hào)發(fā)電機(jī)檢修屬于常規(guī)檢修，隨機(jī)抽取1對(duì)磁極吊出檢查。在吊出磁極之前，轉(zhuǎn)子繞組整體直流電阻、交流阻抗試驗(yàn)均合格。為準(zhǔn)確判斷19號(hào)磁極繞組的設(shè)備狀態(tài)，需要進(jìn)一步試驗(yàn)確認(rèn)。

考慮到19、20號(hào)磁極直流電阻均合格，使用直流電阻法已無(wú)法提供判斷依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件(19、20號(hào)磁極均已吊出，所有試驗(yàn)只能在膛外進(jìn)行，不具備膛內(nèi)試驗(yàn)條件)，本次試驗(yàn)使用交流阻抗法進(jìn)一步確認(rèn)。具體試驗(yàn)步驟：①在大電流下測(cè)量19、20號(hào)磁極繞組交流阻抗數(shù)值。相比初步試驗(yàn)通入的最大25 A的試驗(yàn)電流，后續(xù)試驗(yàn)可以將試驗(yàn)電流加大到50 A甚至70 A。大電流下數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，還可以進(jìn)一步降低外界磁場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)的干擾。②對(duì)19號(hào)磁極人為設(shè)置匝間短路，測(cè)量19號(hào)磁極交流阻抗數(shù)值。檢修人員打磨掉磁極繞組散熱邊的絕緣漆后，利用自制的短接銅片，在磁極任意位置設(shè)置短路點(diǎn)，隨后測(cè)量磁極的交流阻抗數(shù)值。如果設(shè)置的短路點(diǎn)繞組匝間絕緣正常，相當(dāng)于該磁極增加了1匝短路線圈，去磁作用更加明顯，反映到試驗(yàn)數(shù)據(jù)就是數(shù)值變小；如果設(shè)置的短路點(diǎn)本來(lái)就存在匝間短路，則試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化不大。

試驗(yàn)步驟1得到的大電流下交流阻抗數(shù)值見(jiàn)表4。

表4 大電流下測(cè)量交流阻抗數(shù)值表

與表3相比，19、20號(hào)磁極在大電流下測(cè)量的交流阻抗數(shù)值，與小電流下得到的數(shù)值無(wú)明顯差別，19號(hào)磁極數(shù)值依舊偏小50%以上，且偏小比例不變。這次試驗(yàn)進(jìn)一步證明19號(hào)磁極存在匝間短路故障。

在試驗(yàn)過(guò)程中還反復(fù)出現(xiàn)如下現(xiàn)象：短1～2匝時(shí)，通75 A大電流短接線不冒煙，去掉短接線阻抗值不變化；短其他匝時(shí)，通60 A電流短接線發(fā)紅冒煙。

結(jié)合表5數(shù)據(jù)及上述現(xiàn)象，可得出結(jié)論：19號(hào)磁極確實(shí)存在匝間短路故障，且短路點(diǎn)較大可能在1～2匝之間。在1～2匝之間人為設(shè)置短路故障時(shí)，因此處還有其他短路點(diǎn)，所以短接線分流較小，在75 A大電流下不冒煙；并且沒(méi)有改變磁極有1匝線圈短路的狀態(tài)，所以在取消短接線后交流阻抗數(shù)值無(wú)變化。在其他匝間設(shè)置人為短路故障時(shí)，該磁極由1匝短路變?yōu)?匝短路，交流阻抗數(shù)值進(jìn)一步減小，且短接線分流較大，在60 A電流時(shí)就已經(jīng)發(fā)紅冒煙。

表5 19號(hào)磁極人為設(shè)置匝間短路測(cè)量交流阻抗數(shù)值表

此次檢修最終確認(rèn)19號(hào)磁極存在匝間短路故障，執(zhí)行更換備品磁極程序。在核對(duì)備品磁極與19號(hào)磁極極性相同、重量相近，符合GB 8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)安裝技術(shù)規(guī)范》[5]的要求，各項(xiàng)試驗(yàn)合格后，將備品磁極安裝到位，整個(gè)轉(zhuǎn)子磁極恢復(fù)正常。

3 結(jié) 語(yǔ)

從本次磁極繞組匝間短路故障處理過(guò)程來(lái)看，使用交流阻抗試驗(yàn)判斷設(shè)備故障仍具有很大的局限性，尤其是輕微的匝間短路故障。本次發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中，保護(hù)裝置未發(fā)出任何報(bào)警，勵(lì)磁系統(tǒng)也未發(fā)現(xiàn)異常。在機(jī)組檢修過(guò)程中，轉(zhuǎn)子繞組整體的交流阻抗試驗(yàn)合格，如果不是恰好吊出19號(hào)磁極進(jìn)行交流阻抗試驗(yàn)，是無(wú)法發(fā)現(xiàn)19號(hào)磁極的設(shè)備缺陷的。因此，今后如何采用更加先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，更早的發(fā)現(xiàn)、定位轉(zhuǎn)子繞組的匝間短路故障，并提供高效的處理方案，需要設(shè)備生產(chǎn)廠家、檢修維護(hù)部門共同研究，為技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。