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330MW汽轮发电机定子绕组直流电阻不平衡故障诊断及端部绕组焊接修复方法

发布时间：2011/3/20 阅读次数：2272 字体大小: 【小】【中】【大】

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陶军华周鹏林曹军峰

【摘　要】分析山东华能嘉祥发电有限责任公司#2发电机定子三相直流电阻不平衡的原因，采用直流电桥监测法和“敲击法”顺利找到焊接断头位置。针对330 MW发电机定子线棒的焊接缺陷，采用红外技术对接头进行过热检测，取得了显著效果，该工艺为今后同类型发电机组出现类似缺陷提供借鉴。

【关键词】发电机；定子；故障诊断；虚焊；接头；缺陷处理

330MW Diagnosing Method Against Unbalanced DC Resistance of Stator Winding of a Turbogenerator and Nose winding welding repair method

TaoJunhua zhoupenlin caojunfeng

【Abstract】In order to analysis the threephase stator winding of No。 2 generator of hua neng jia xiang Electric Power Co. Ltd。By using DC bridge method ,which is found out DC resistance unbalancedthrough analysis。the disconnecting joint is easily located， and this poor joint is successfully corrected。 After the overtemperature problem of stator winding soldered joints in a 330 MW generator found by using infrared technology， the treatment of the joints is very successful。This can be used as an example for the similar problem of the same type generators。 Has replaced connecting box promptly and this poor joint is successfully corrected。

【Keywords】generator；stator；fault diagnosis； spurious joint； Joints； defect treatment

引言

发电机直阻测试是发电机大修时的必备试验。由于端接头接触电阻与端接头的焊接方法和焊接工艺不良，在发电机组运行一段时间后，由于长时间定子绕组温度高，端部绕组受发电机机体振动及其内部可能存在焊接物不严实的情况，其不严实度直接影响到接头接触电阻值的大小，根据Q＝I²Rt，在额定电流下，接触电阻增大的接头会产生局部发热，如此长期运行，绝缘材料便会逐渐热老化。热老化的象征大多为绝缘颜色逐渐变为焦黑，失去弹性，变硬、变脆，发生龟裂，机械强度降低，严重者受振动即剥裂、掉落，进而造成事故。［1］为了防止端接头电阻增大，我们每次大修时都要测量绕组的直流电阻，必要时还要测量端接头接触电阻。绕组直流电阻值在校正了由于引线长度不同而引起的误差后，相互间差别与初次(出厂或交接时)测量值比较，相差不得大于最小值的1.5%，超出要求者则应查明原因。［2］若绕组直流电阻增大，有可能是端接头接触电阻增大，实际上表明某些端接头在运行中受电、热和机械力的作用而发生了变化，导致该接头的接触电阻增大。本文通过山东华能嘉祥发电有限责任公司#2发电机定子三相直流电阻不平衡的原因，采用直流电桥监测法和“敲击法”顺利找到焊接断头位置，并采用红外技术对接头进行过热检测，成功消除了缺陷。

1、定子绕组线棒接头开焊故障的检测及实例

1.1线棒端部直阻变化分析

华能嘉祥发电有限公司发电机是山东济南发电设备厂生产，型号WX25R-127，额定容量388.2 MVA，额定功率330 MW，额定电压22000 V，额定电流10188 A的上出线空冷发电机组。在#2机C修中，在进行发电机定子线圈直流电阻值测试时，发现此次测量结果不合格，在现行的ＤＬ／Ｔ596《电力设备预防性试验规程》中规定：所测结果与出厂时测量值相比较，两者之间的差值不应超过出厂测量值的2％。发电机大修时，必须测量定子绕组的直流电阻，绕组焊接前后各测一次，出口短路后测一次。其目的为有效地分析和判断接头焊接质量及鼻部接头因填充不好、松散振动而产生的断股；发现因定子绕组端部及引线切向和径向振动而产生的疲劳断股、导线换位编花处因应力集中电磁力作用及松散导线相互摩擦而产生的磨断和疲劳断裂。

　一般来讲，线棒铜导线和引出线电阻为一定值，变化很小，因此直流电阻的变化主要反映接头焊接质量不良如焊接断股、脱锡和虚焊等问题。虽然线棒端头已采用了银焊和磷铜焊，空心扁铜线与过渡接头已采用了感应钎焊，并采用了无焊剂钎料和焊后彻底清理工艺，基本消除了接头开焊和焊接不良的缺陷。但是因目前电机制造厂对线棒鼻部焊接质量还没有有效的检查手段，特别是对于机组容量越大，定子绕组端部整形越困难、工艺也较为复杂。只能靠严格工艺管理、提高员工责任心和强化人员培训来保证，因此发电机线棒接头焊接不良的制造缺陷仍然会存在。另外，由于定子焊接头在运行中长期通过工作电流，还可能短时承受短路电流及冲击电流的作用，致使它不仅受到运行中交变电磁力的作用，还可能受到短时冲击电磁力的作用，因此发电机定子线棒的接头虚焊和股线应力集中处的断股将会在运行几个周期后，会通过直流电阻的不平衡故障逐渐暴露出来。如华能嘉祥发电有限公司在#2机C修期间，远大于试验规程标准1.5％。

1.2进行外观检查

#2发电机组大修开始后将发电机转子抽出，立即仔细检查定子绕组汽端和励端端部的弓形引线、端部接线盒、进出线并联垫块处附近有无过热、变色、焦枯、松动、磨损、流胶、流锡现象，对有疑点的接头，要剥开绝缘，检查整个焊接表面的脏污和凹痕情况，可利用金属丝或螺丝刀，检查判断焊接缺陷是在外表面还是穿过整个焊接头透孔。但外观并未显示任何异常。

1.3直流电桥检查及数据分析

　随后进行发电机定子直流电阻测试。首先查阅定子绕组展开图及定子端部接线图，确定直流电阻偏大的故障相在定子槽内的分布情况及各焊接头的实际位置，然后将被试绕组按要求接入直流双臂电桥，并打至测量位置，用木榔头或胶皮锤轻轻敲击有疑点绕组的端部接头，观察检流计有无反应，可准确判断虚焊或脱焊的位置。该方法简单、实用、快速、准确。若经过敲击，直流电阻仍然偏大，检流计没有反应，可敲击端部过桥线及电机引出线端头焊接处，观察检流计有无反应。该方法对高压电动机定子绕组断股定位和励磁机电枢开焊定位同样适用。具体操作：将QJ44(指针式直流双臂电桥比数字式直流双臂电桥直观，建议使用指针式双臂电桥) 直流双臂电桥的电流和电压端子线按要求接线，连接到W相的第2分支W₁^″W₂^′。按测量顺序，测出偏大的直流电阻值并停留在测量位置，用胶皮锤轻轻地分别敲击汽、励两端W相第2分支的20个焊接头和相头的WW₁^″焊接头，均未观察到电桥上的检流计有反应，说明这21处焊接头焊接质量良好。当敲击汽端的W2^′分支第54槽焊接头时，检流计反应灵敏，即找到了开焊故障接头。(为进一步确认，应进行电流加热红外监测验证，这样防止了误判、误断。) 如（图一）

图一

定子绕组直流电阻测量使用仪器:BZC3391直流电阻测试仪

A相:678.1uΩ　B相:675.1uΩ　C相:778.4uΩ 直流电阻不平衡率为15.3％，不合格。

1.4电流加热红外监测验证

为了进一步的验证试验结果，我们采用了大电流发生器对定子绕组缺陷相进行电流加热，电流密度在80％～100％的额定范围，发热5～10 min，用远程红外测温仪对比测量线棒接头温度，求取平均温升。超出平均温升较高的接头，再结合“敲打法”测量和查找法进一步测试、诊断。［3］该方法不用剥接头绝缘，但应考虑接头处的绝缘温降，若测得端部渐开线处温度较高，还应考虑接头处传导热量的因素，不能盲目剥开渐开线和打开定子绕组端部接线盒。现场监测时，除注意控制通电时间和电流值外，还应注意观测定子绕组所埋测温元件的温度与红外仪所测温度的一致性。结果发现试验发现#2发电机的C相汽端绕组第54槽焊接头处存在严重发热或焊接不好，温度比其它接头平均值高5度左右。同时注意任何情况下均不允许超过该绝缘等级所允许的温升(80℃)。

2、定子绕组端部接线头修复

2.1用螺丝刀、木榔头等工具将线棒的绝缘盒及环氧树脂填料去除，并取下汽端绕组绝缘盒后，发现线棒的接头严重烧损，有明显的脱焊现象。

2.2用酒精或丙酮对裸露铜线、线棒与绝缘盒搭接面等处进行清洗。为防止剥开绝缘时对线圈接头焊口的损伤，应测量每相线圈直流电阻。

2.3用酒精清洗绝缘盒，用白布擦干后装配绝缘盒。定子线棒进入绝缘盒主绝缘的长度应不小于40 mm，若不能满足时应在主绝缘加包D606－1环氧桐马玻璃粉云母带 12层，每层刷室温固化胶。装绝缘盒时，应在绝缘盒套入线棒接头后，先用2 mm厚的环氧树脂板和环氧树脂与聚酰胺树脂混合做粘合剂，封好绝缘盒底部大口处与线棒间的大空隙。有些绝缘盒从中间剖开才能套入线棒接头，此时应用环氧树脂与聚酰胺树脂混合做粘合剂将合缝粘好，不留缝隙，等环氧树脂与聚酰胺树脂混合粘剂固化后，把绝缘盒调正，然后用环氧泥将绝缘盒底部大口处与线棒间的缝隙密封，环氧泥固化后即可进行绝缘填料灌注。一般分3次灌注，第1次对每一绝缘盒灌注约8～10 mm厚，视其不漏并稍许固化后再进行第2次和第3次灌注，直至灌满每一绝缘盒。灌注时注意速度不能太快，以使盒内气泡慢慢排出。在上下两瓣绝缘盒内分别填约0.5 kg的环氧树脂填料，并均匀分布在盒内，然后将绝缘盒扣在线圈鼻部，两瓣扣紧后必须有填料从绝缘盒的两端挤出，确认盒内填料填充满后，再用工具夹板夹紧绝缘盒。绝缘盒处用环氧树脂填料修成长方形，然后套上硅橡胶锥套，锥套内的填料要充实。绝缘盒与线棒主绝缘搭接处用填料填实作成斜面，不得有残留缝隙。

2.4用碘钨灯对更换的绝缘盒鼻端及绑扎的涤玻绳进行干燥、固化以防止绝缘盒受潮造成泄漏电流大。

3、定子绕组端部接线头修复后的试验

经过处理的鼻端绝缘做局部泄漏电流试验，数据与修前及标准比较，合格。见表1。试验方法：绕组导体接地，绝缘盒与线棒搭接处表面包锡薄。测试棒探钍悬空，直流电压升到2倍额定电压时分别取点测量空载泄漏电流。试验电通过测试棒探针施加于测量电极，读取稳定的泄漏电流值。

发电机直流耐压试验及泄漏电流测量(转子穿入后)

2008-5-29 天气:晴温度:26。2℃ 湿度:38。5%

相别　耐压	11kV	22 kV	33 kV	44 kV
A/BC相及地	20μA	27μA	48μA	87μA
B/AC相及地	18μA	20μA	35μA	65μA
C/BA相及地	19μA	19μA	34μA	61μA

表1 使用仪器：ZGS直流高压发生器

4、反事故措施

a．加强机组的运行监视，对于空冷机组，一旦闻到焦味，立即查明原因，及时处理。

b．检修中应仔细检查接头，如有发空，就剥开检查、处理，认真定子各相或各分支间直流电阻，相间和历年的直流电阻差均不超过1%超出时，应查明原因，及时处理。

c．加强工艺管理及人员培训，除确保焊接质量外，焊后应对溶剂进行彻底清理。

d．继续推广锡焊接头改银焊工艺。

e．改进并加强定子端部与槽口绕组固定结构，使线棒铜导体与绝缘在运行时承受的振动值不超过允许极限值。

f．制造厂应改善和提高定子线棒的胶化和成型工艺，确保运行中不松散，主绝缘与股间绝缘之间不分离、不脱壳、无气隙。

g．大机组可考虑装设定子线棒导线断股在线监测装置。［4］

5、结论

　　采用直流双臂电桥测量外加敲击焊接头的检查方法,对发电机、高压电动机的定子绕组，励磁机、直流电动机的电枢绕组，变压器高、低压绕组直流电阻不平衡引起的故障,都非常灵敏、快速、有效,而且简单、实用,可以说是电气设备导电回路不完整性故障定位和检出的首选方法。发电机组端接头绝缘是发电机组整个绝缘问题重要的一部分，影响端接头绝缘的因素是多方面的，在制作或处理端接头时，应根据端接头处理步骤，严格按规范进行，其处理质量的好坏是影响端接头绝缘的关键因素。W相数据和均值相关远大于1.5%的要求，因此判断该电机W相第二分支绕组存在直流电阻不平衡的缺陷，应重点查找焊接头的焊接质量。

作者简介:陶军华，男，1980年生，学士，助理工程师，从事电力系统自动化工作。

周鹏林，男，1976年生，助理工程师，从事微机保护研究工作。

曹军峰, 男, 1978年生, 学士, 助理工程师,从事电力系统设计工作。

作者单位：华能嘉祥发电有限公司，济宁新挑河镇　272400

菏泽郓城电厂筹建办, 菏泽郓城 274700

参考文献

［1］李伟清，王绍禹.发电机故障检查分析与预防［M］.北京：中国电力出版社,1996.

［2］DL/T 5961996，电力设备预防性试验规程［S］.

［3］DL/T 6641999，带电设备红外诊断技术应用导则［S］.

［4］中国电力企业联合会标准化部.电力工业标准汇编《电气卷》［M］.北京：中国电力出版社，1997.

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