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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
2、21日进行了1号机组的小修工作。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（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0.6 M，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,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
3、9日按省调令将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-100M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100M，外集电环导电螺钉在下半周时，绝缘电阻0.05M，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6.3.5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，先排除了两个集电环导电螺钉及
4、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抗电压”对比的方法（采用0.2级
5、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，采用大功率吸尘器和高压压缩空气对发电机转子表面、通风孔道等部位进行认真吹扫，吹扫同时监测转子
6、绕组的绝缘情况。在发电机转子在不同位置时，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-10M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。说明第一个绝缘缺陷（接地）点被消除。而当发电机转子位置变化后，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处，用兆欧表对电容器进行充电，其接线如图1所示，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
7、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置。 采用交流电源烧穿法，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
8、随转子的位置变化而变化；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。不随转子的位置变化而变化，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置。3.3 绕组电压分布法 试验接线如图3所示，在转子绕组两端，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，
9、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置。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绝缘情况，公式如下：Z1=Z2 ；Uao=UboUab=Uao+Ubo该机转子绕组每极61匝，每匝电压为Uab/122，当Uao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
10、对地绝缘电阻值随转子的位置变化而变化，并且故障点均发生在绕组的直线部分，给试验查找缺陷位置带来较大难度。对此，我们首先将转子位置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、8、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变为0.12 M（500V兆欧表）。转子位置210度。在此位置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 M，用万用表测量，转子绕组绝缘电阻为20k，且
11、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8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，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置进行测定，用3381直流电阻测试仪，对转子绕组施加10A直流电流，分别测
12、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162002002052102101519018018017016516016514100110110120120130140139590908070656012010152020304011010101525304010100100908580706591101151201301401501601608220210210200195190185180170722023024024525026025026063203203103103002902905330340
13、3403503553553604420420410410400390385344044545045546046547048525205205105055004901520530535540550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
14、，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，当转子位置在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： 第二接地故障点绝缘，绝缘电阻为零，用万用表测量为0.98k. 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8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。
