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  发电机常见故障及处理_电力/水利_工程科技_专业资料。发电机常见故障分析及处理 1 ? 发电机转子绕组匝间短路故障 ? 发电机转子集电环—电刷装置故障 2 一、发电机转子绕组匝间短路故障 ? 转子绕组匝间短路是汽轮发电机的一种 常见故障,较轻微的

  发电机常见故障分析及处理 1 ? 发电机转子绕组匝间短路故障 ? 发电机转子集电环—电刷装置故障 2 一、发电机转子绕组匝间短路故障 ? 转子绕组匝间短路是汽轮发电机的一种 常见故障,较轻微的匝间短路仅能导致 绕组过热和转子振动增大,严重的匝间 短路将导致转子剧烈振动、无功功率下 降、甚至导致转子绕组接地和大轴磁化 ,重者还将烧伤轴颈和轴瓦,对机组本 身的安全稳定运行构成很大威胁。 3 4 1、转子绕组匝间短路的原因 ? 制造方面 (1)转子绕组端部固定不牢,垫块松动; (2)绕组铜导线加工留有毛刺、端部拐角整形 不好、匝间绝缘垫片垫偏、留存加工后的金属切 屑等异物; (3)铜线热处理工艺不良,造成铜线强度降低 ,运行中产生塑性变形。 5 1、转子绕组匝间短路的原因 ? 运行方面 (1)运行中高速旋转的转子绕组承受着离心力 等多种使其移位变形的动态应力; (2)冷态起动机组,转子电流突增,由于铜铁 温差使绕组铜线蠕变留下的残余变形和积累,导 致匝间绝缘和对地绝缘的损伤; (3)多种原因导致的转子绕组堵塞,造成局部 严重过热,使匝间绝缘烧损。 6 2、几起故障实例 ? 某台1000MW发电机转子绕组匝间短路 7 8 ★故障原因 转子绕组端部顶匝线线圈)存在塑性变形,汽端变 形量9--16mm(最大#5、6线线圈),变形的线圈将匝间绝缘挤坏,造成线圈间的匝 间短路。顶匝线圈产生塑性变形的原因为:①转子线圈端部 在轴向由中心环顶紧,在圆周方向由纵轴垫条撑紧,在线圈 端部R拐角外侧预留出线圈膨胀空间,允许线圈在此处延伸。 在发电机运行时,线圈发热膨胀,铜线伸长,在R拐角外侧的 预留空间处向外侧凸出。②转子线圈顶匝在最外侧,直径最 大,转子旋转时,受离心力最大。③顶匝线圈圆弧长度最长, 为将其由直线弯曲为弧形,进行了退火处理,手工退火处理 的不均匀即线圈在生产过程中热处理工艺不良,造成线圈强 度降低,R拐角部分凸出不一致。 9 2、几起故障实例 ? 某台600MW发电机转子绕组匝间短路 10 ★故障原因 ? 从拆护环前的电气试验及拆护环后的检查情况均可以看出 ,该台转子的匝间短路属于稳定的金属性匝间短路,短路 点在匝间绝缘的接缝处,结合缝隙偏大,在制造、运输、 运输过程中容易进去杂物,运行时杂物受离心力的作用容 易将绝缘损坏导致匝间短路的产生,此次的匝间短路应与 制造质量不良有关。 11 2、几起故障实例 ? 某台300MW发电机转子绕组匝间短路 12 ★故障原因 机组有功负荷跟随AGC指令调整至307MW、无功42 MVar, 励磁电压239V,励磁电流1392A,DEH系统显示发电机励端 轴承(#6轴承)振动由正常26μm升至126μm 并有快速上升趋 势瞬间最高至200μm以上,立即下令降低机组负荷至250MW ,派人就地实测#6轴承水平方向振动56μm、垂直方向89μm, 轴向250μm,全面检查轴承座及发电机端盖,发现发电机励 侧端盖与#6轴承座之间的顶丝开焊,检修人员松开所有顶丝 ,振动呈现缓慢下降趋势,但DEH振动稳定在125μm以上。 稍后,发电机汽端(#5轴承)DEH振动由74μm快速上升 125μm以上且上升趋势明显,最高达170μm左右。 13 ★故障原因 对照以前同等运行工况(有功250MW,无功10 MVar) ,励磁电流较偏高约100A,测量轴电压增至27V(正常情 况在3V左右),其它参数未见异常。检修人员检查发电机 端盖和#5、6轴承地脚螺栓时发现#5、6轴承呈较强磁性 ,12”扳手可以直接吸在轴承座上。发电机解列灭磁后, #5、6轴承座磁性即刻消失,测量转子交流阻抗过程中, 转子接地保护信号发出,测量转子对地绝缘为零,交流 阻抗无法测出。由此确认转子有严重匝间短路状况,并 已烧穿绝缘引起转子接地。 14 ★故障原因 根据故障现象和转子解体检查情况,我们可以确定金属 碎屑是导致此次转子匝间短路的主要原因。该台发电机 去年在运行中曾发生转子风扇叶片与导风圈碰磨现象, 造成导风圈局部磨出沟痕,导风圈上磨下来的金属碎屑 被冷却风带入转子线套线圈间 支撑垫块处,金属碎屑随转子运行慢慢破坏第4、5套线 圈最上两匝线圈的绝缘,引起轻微匝间短路,短路初期 对机组运行影响较小,未引起运行人员的注意,随着匝 间短路的不断发展,最终造成第4、5套两套线圈的短路 ,导致转子磁场严重不平衡,引起转子振动增大,轴承 磁化,并最终烧穿护环下的绝缘护瓦,引起转子接地。 15 3、转子绕组匝间短路的检测方法 ★运行过程中 (1)转子振动与励磁电流正相关性判断法 当发现转子振动值与励磁电流值存在明显的正相关性,即转子振动随 励磁电流增大而增大、随励磁电流减小而减小时,应分析转子存在匝间 短路故障的可能性,并应通过其他检测方法进行转子匝间短路故障的进一 步诊断。 (2)励磁电流增幅检测法 可在发电机空载、短路试验及正常运行等不同状态下,进行转子绕组 励磁电流增幅的检测。发电机空载、三相稳定短路状态下的检测效果优 于正常运行状态下的检测效果。在相同工况或试验条件下,励磁电流值 明显增大时,应进一步分析转子存在匝间短路故障的可能性。 (3)轴电压测量判断 轴电压较正常时明显升高,严重时机座台板、轴承座等处有磁化现象 16 3、转子绕组匝间短路的检测方法 ★运行过程中 (4)微分探测线圈法 适用于定子膛内安装有探测线圈等磁通传感器的发电机。可在空 载、三相稳定短路及并网运行等不同状态下进行检测。 正常转子的典型探测线 故障转子的典型探测线、转子绕组匝间短路的检测方法 ★检修过程中 (1)交流阻抗和功率损耗法 一般Z下降8%以上,损耗上升10%;在转子升速与降速过程中,相邻 转速下,相同电压的交流阻抗或损耗值发生5%以上的突变时,即可能存 在匝间短路,但需注意影响因素。 影响交流阻抗和功率损耗的因素较多,主要影响因素及影响趋势为: ? 转子附近的铁磁性物质会对测试结果产生影响,一般会使交流阻抗变大 ,功率损耗增加; ? 随着电压的升高,交流阻抗值变大,功率损耗增加; ? 当转子处于膛内时,与处于膛外相比,交流阻抗变大,功率损耗增加; ? 当转子处于旋转状态时,与静止状态相比,交流阻抗变小,功率损耗增 加; ?转子在首次检修时的试验数值,可能与交接时的数值有较大的差异。 19 3、转子绕组匝间短路的检测方法 ★检修过程中 (1)交流阻抗和功率损耗法 ? 受转子槽楔的材料及槽楔与槽壁接触的紧密程度影响,有些采用松打槽 楔工艺的转子,在某一转速下,阻抗及功率损耗常会有突变; ? 转子本体剩磁、试验电源频率、谐波分量等等 ; ? 对判定较轻微的匝间短路有时不能获得准确结论。 转子绕组的交流阻抗和功率损耗测量示意图 20 3、转子绕组匝间短路的检测方法 ★检修过程中 (2)开口变压器法 分为单、双开口变压器两种方法,一般采用单开口变压器法。 单开口变压器法的测量原理如下:转子滑环上加入交流电后,在转子 槽齿上会产生交变漏磁通。当开口变压器置于转子齿槽上时,交变漏磁 通主要经过变压器的铁芯形成闭合回路,该磁通会在变压器线圈上产生 感应电势。当某一槽内有匝间短路时,该槽内的短路电流会比较大,短 路电流的相位与正常电流的相位相反,因此变压器线圈的感应电势相位 与正常的相位值也相差较大,接近180°,短路线圈所在的另一槽相位变 化情况也相同。单开口变压器是通过测量感应电势的相位变化来判断有 无匝间短路。 当短路部位在线圈底部或转子有阻尼绕组时,该测量方法的准确性会 受到一定限制,槽楔的松紧度也对测量结果也有一定影响。 21 3、转子绕组匝间短路的检测方法 ★检修过程中 (3)极间电压法 测量方法:使用调压器,通过滑环或导电螺钉在转子绕组上施加工频 交流电压100~220V,在转子护环下,找到极间连接线,分别测量两滑环 或导电螺钉对极间连接线的电压,比较两电压的差值。 极间电压差超过最大电压值的3%时,即可判定为存在匝间短路。 通常情况下,极间电压法的准确度较高,制造厂及电厂均把它作为主 要的判断方法。从测量原理上可知,极间电压法也有其局限性,当两极 绕组均存在匝间短路,且短路情况相近时,极间电压差别较小,此时无 法判断转子是否存在匝间短路现象。部分副槽通风的转子,护环下有导 风圈,无法使用此方法测量。 22 3、转子绕组匝间短路的检测方法 ★检修过程中 (4)重复脉冲波形(RSO)法 复脉冲波形(RSO)法是近年兴起的一种检测发电机转子匝间短路故 障的新方法。其原理是基于转子绕组的对称结构,分别从转子的正、负 两极向转子注入高频脉冲信号,将高频脉冲的响应波形进行180度的换相 重叠,通过比较两条响应曲线的吻合度,验证转子是否存在匝间短路。 正常情况下,两条响应曲线应当十分吻合。如果两条曲线重叠度不佳, 即判断转子存在匝间短路故障。 转子在定子膛内、外均可使用该方法进行检测。该方法操作方便,灵 敏度高。 23 RSO法的典型故障波形 24 4、结论 综上所述,在所有判断转子匝间短路的方法中,转子动态 匝间短路波形测量的方法是最准确、全面的方法,它可以判 断动静态转子匝间短路,也可以确定短路所在槽,但实施测 量的条件要求较高,已投运的机组如不安装微分探测线圈, 就无法进行检测;RSO法的测量效果也比较好,但需要专用 的仪器,对测试人员的技术要求也较高;极间电压法的准确 度比交流阻抗、空载短路曲线、直流电阻等方法要高,但在 特殊情况下有误判,如能跟交流阻抗法配合同时使用,可以 防止两极同时存在匝间短路现象,极间电压检测正常的极端 情况出现,降低误判的可能性。因交流阻抗法与极间电压法 的测量接线相似,建议将极间电压法、交流阻抗同时使用, 作为常规的匝间短路检测方法。 25 二、发电机转子集电环—电刷装置故障 大型汽轮发电机,只要不是采用旋转整流励磁方式,都 需要借助“电刷与集电环”二者组成的滑动接触导流环节 向转子绕组提供励磁电流。因此,集电环—电刷装置工作 正常对保证发电机可靠运行具有十分重要的意义。 集电环—电刷装置的几个特点: ? 传导的励磁电流大,1000MW发电机达5000A以上。 ? 集电环的线m/s以上。 ? 周围运行环境差,由于集电环临近发电机励侧轴承,轴 承油烟和渗漏的油易侵入集电环隔音罩内,与碳粉、灰 尘混合,形成威胁集电环—电刷正常运行的污垢;上述 两个特点引起碳刷运行温度高、滑动接触损耗大。 26 二、发电机转子集电环—电刷装置故障 ★集电环、电刷在运行时应满足以下要求: ? 1.滑环表面要保持光洁、耐磨性强,无轴向凹凸痕迹, 圆周表面凹凸痕迹一般不超过0.5毫米。长期运行或运 行一定时间的滑环表面,极易使电刷接触面形成由氧 化亚铜、石墨和水分等组成的表面薄膜; ? 2.电刷的使用寿命长,对滑环的磨损小; ? 3.电刷的电功率损耗和机械损耗小; ? 4.在电刷下不出现对滑环有危害的火花; ? 5.运行噪音小。 上述条件的满足,取决于电刷质量、电机的结构、电刷 的安装、调整及运行环境。 27 二、发电机转子集电环—电刷装置故障 集电环与电刷之间发现火花是两者在滑动接触导流过程 中失去正常运行条件最直观的征兆。这种情况如不能及时 改善,火花必将扩展蔓延,终至酿成环火,烧损刷握、刷 架,甚至损伤集电环及大轴,直至造成一点接地。 形成环火,烧损集电环的机理,从目前的文献还没有找 到很好的解释,但有一个共同的特点就是时间短,速度快 ,从发现异常到形成环火也就10几分钟,甚至更短,来不 及处理。这就要求我们加大集电环—电刷的维护力度,防 止出现重大故障。 28 二、发电机转子集电环—电刷装置故障 ★造成集电环严重磨损和烧蚀的主要原因有以下几种情况: (1)碳刷型号选择不正确。碳刷的主要参数与实际工作要 求相差较大,使碳刷的材质过硬或过软,从而对滑环产生不 良影响;不同型号的碳刷混用,使得不同型号碳刷上的电流 密度不同,引起滑环严重发热打火。 (2)碳刷压力调整不当。碳刷压力过低会使碳刷与滑环接 触不良,容易打火,使滑环过热,甚至烧蚀滑环,使之出现 熔点;碳刷压力过高会使碳刷与滑环的摩擦力增大,加剧碳 刷与滑环的不正常磨损,使滑环产生较多的热量。 (3)碳刷刷握和滑环加工质量不佳。由于加工不精,刷握 内孔粗糙,有毛刺,使碳刷在刷握内自由滑动不畅及滑环椭 圆度超差,运行时径向摆动过大,造成滑环过热。 29 二、发电机转子集电环—电刷装置故障 (4)维护保养不良及维修不及时。滑环表面及刷握内常有 碳刷磨损的碳粉,滑环工作面与碳刷表面常有油污杂质。 使碳刷与滑环运行时接触不良和散热条件变差,引起滑环 过热。碳刷磨损过多未及时更换,造成碳刷压力不足,使 碳刷与滑环之间发生打火,滑环打出熔点,加剧发热。由 于在运行中未及时注意碳刷与滑环的技术状态使滑环拉毛 、烧蚀和产生麻点,滑环产生高温,选择恰当型号的碳刷 ,使所有碳刷的型号相同。选择时,应从碳刷实际工作时 的单位压力,滑环的圆周速度和转子的励磁电流的大小来 确定所选碳刷的使用单位压力、圆周速度、硬度及电流密 度与电阻率,然后对照各种碳刷的规格参数选择符合发电 运行条件的碳刷。 30 二、发电机转子集电环—电刷装置故障 ★维护集电环—电刷装置的几个要点: (1)一定要尽量保持并联运行的电刷上通过的电流均匀分 布。 不冒火的电刷并不都是运行正常的电刷,要经常检查每 个碳刷的负载电流,并用调整电刷承受压力大小、方向,消 除电刷卡涩受阻等手段来达到上述目标。 (2)集电环表面要清洁无垢,并建立氧化碳素薄膜层,实 现电刷与集电环接触的正常导流。 要及时清除碳粉、油污。 (3)当碳刷磨损达到整个高度2/3时就需要及时更换。更换 碳刷需注意:新碳刷型号要与原来使用碳刷的型号保持一致 ;更换碳刷数目不宜过多。因新碳刷未经磨合,其接触面积 小于原来的旧碳刷,在工作中电流密度增大过多,通常一次 更换的新碳刷数应少于一半。 31 二、发电机转子集电环—电刷装置故障 (4)有条件时定期对集电环的正负极进行调整。由于发电 机运行时其正负集电环表面所受的电腐蚀程度不一样,导致 正、负集电环的磨损程度也不一样。多数情况下,负滑环的 磨损比正滑环严重。 总之,为了防止大型汽轮发电机发生集电环—电刷装置的 烧损事故,一方面需在设备本身进行改进提高,如采用性能 先进的电刷和刷握,完善集电环小室内调节、监视运行环境 的手段等;另一方面应加强运行维护管理,坚持多年来行之 有效的电刷专责维护制,配备专用的测试、检查工器具和仪 表,并不断提高科学管理水平,制定防止油污侵入集电环小 室的监控措施。 32 拆除刷架后的集电环 33 大轴和集电环烧伤最严重的地方 34 集电环烧损部位 35 表面烧损的集电环 36 烧损的刷握 烧损的碳刷 37 谢谢大家! 38