1、功果橋水電廠3號發電機轉子磁極匝間短路故障排查及處理華能瀾滄江水電股份有限公司 苗尾·功果橋電廠王平安 王強 趙磊摘 要：磁極是水輪發電機的重要組成部分，也是轉子產生磁場的主要部件。由于在發電機運行時處于高速轉動狀態，其不僅承受轉動產生的離心力還要承受由于磁力及發熱等多重因素引起的損傷，故而磁極在長時間運行后容易發生故障。磁極在生產維護過程中由于加工工藝的原因，如繞組表面不光滑、安裝時調入異物、絕緣不合格等都會引起磁極的匝間短路故障。本文主要論述功果橋電廠225MW水輪發電機發生磁極匝間短路故障的排查及處理方法。關鍵詞：磁極、匝間短路、耐壓試驗、故障檢測、故障處理1 設備情況概述功果

2、橋水電廠安裝4臺225MW由東芝水電設備（杭州）有限公司制造的水輪發電機組，水輪發電機型號為SF225- 64/14700，轉子額定電壓410V，每個轉子共64個磁極。2015年3月4日專業組人員對3號發電機轉子開展預防性試驗工作時，發現7#、19#、26#磁極存在匝間短路情況。匯總檢查情況如下：1.1采用交流阻抗法對磁極損耗及阻抗進行檢查經檢查18#、20#、8#、6#磁極在電流為20A、15A、10A、5A時的交流阻抗值、損耗值、電壓、電流值均相差不大，詳見下表：表1：6#、8#、18#、20#磁極數據：磁極電壓（V）電流（A）損耗（W）阻抗（）6#16.7720.2943.840.826

3、611.9314.5221.880.82228.35510.29.8540.81884.3875.3592.5540.81978#16.8220.0943.650.837212.8015.3425.250.83458.35510.0910.100.82724.2905.1402.3800.830318#16.2320.0844.050.808712.3615.3625.440.80618.21810.2311.130.80324.1955.2732.7870.802020#16.920.1846.20.837312.7415.2726.280.83488.42710.1511.310.8294

4、.3505.2472.9240.8295由上表數據可以看出正常磁極的交流阻抗各項數值均穩定在恒定的數值范圍，其電壓、電流、損耗和阻抗均有規律可尋。表2：7#、19#、26#磁極交流阻抗試驗數據如下：磁極電壓（V）電流（A）損耗（W）阻抗（）7#6.09620.0630.990.30394.55014.9716.920.30382.9559.6966.8130.30441.2784.0831.0490.312419#5.87020.8367.700.25333.59714.4231.430.24912.14010.6616.800.24781.2715.1133.8200.248726#10.1

5、420.89125.50.47378.06315.0174.460.55396.35110.0336.450.62803.0814.949.0590.6277由上表數值并結合發電機轉子交接試驗，在相同電流20A、15A、10A、5A時，7#、19#、26#磁極的電壓值較正常數值均偏小，且19#、26#磁極損耗值明顯增大，符合磁極線圈匝間短路的特點。1.2 磁極匝間短路故障的危害磁極的故障會影響到轉子磁場的分布，從而導致轉子磁通不對稱，引起轉子磁力不平衡，進一步引發機組振動。同時由于磁極匝間短路也會引起機組無功出力降低，勵磁電流升高，從而引起轉子溫度升高、定子電壓波形變壞等危害，為機組的安全運行

6、埋下隱患。以發電機處于空載態的情況為例進行分析，當磁極發生匝間短路時，由于磁極線圈匝數減少，磁極的直流電阻減小，勵磁電流增大，但由于勵磁電流增大量百分比小于磁極線圈減小量百分。由公式： =F/Rm E0=4.44f·N·K· 注：F為轉子磁極磁動勢，I為轉子電流，N為轉子線圈匝數，為每極磁通量，Rm為磁極磁阻，f為電壓頻率，K為繞組因數，E0為定子電動勢。 當發生磁極匝間短路時，由公式得磁極磁動勢F降低。由于磁通回路不變磁阻Rm不變，公式得磁通量減小。公式中f為常數，K可視為不變，故可以得出由于線圈匝數N減小，磁通減小，則定子電動勢E0降低，定子電壓降低。為使定子

7、電壓恢復額定值，勵磁系統會通過增加勵磁電流。勵磁電流的增加使轉子發熱增加。同時由于短路磁極對兩端磁極的線圈匝數不相同，使發電機磁通不平衡，兩端磁極所受電磁力矩不平衡，可能引發機組振動、磁極繞組松動等不利因素。以下針對轉子匝間短路故障排查及處理進行論述。2 故障點查找由于磁極線圈的直流阻抗比較小，在磁極線圈發生匝間故障時直流電阻變化很小，故直流測試不容易發現其匝間短路故障。當通入交流電壓時由于匝間段路是有效線圈匝數減小和短路電流的去磁作用，磁極發生匝間短路時其交流阻抗會減小，功率因素增大，功耗增加，則可以說明磁極存在匝間短路的故障，需要進一步處理。如下圖1所示，為磁極線圈示意圖，在確定繞組為匝間

8、短路故障后，首先查看繞組有無明顯的燒焦等痕跡。俯視圖1 24 3主視圖 繞組 匝間絕緣 緣圖1：磁極線圈示意圖從故障磁極兩側加200-300A的交流電流，使用紅外線熱成像儀對磁極線圈進行觀察，會發現故障磁極短路點溫度特別高（見圖2、3、4），用記號筆記下發熱位置，待后續處理。 圖2：7號磁極通交流電后的溫度熱成像 圖3：19號磁極通交流電后的溫度熱成像圖4：26號磁極通交流電后的溫度熱成像3 故障處理確定短路點后，開始磁極故障處理工作，把磁極線圈與鐵芯進行分離，把磁極線圈置于空曠處然后按以下步驟處理： 3.1 磁極背部故障點處理(1)處理磁極背部短路點時，需要將磁極鐵芯與線圈接觸部分的硅膠清除

9、，以便在后續處理中使線圈容易被撬開。硅膠圖5：磁極硅膠清除(2)對故障點左右十公分的線圈使用專用工具輕輕的撬開，使兩層線圈分離至可以看見內部故障點或可以有處理層間絕緣的空間，大概分離的厚度為5mm。圖5：磁極線圈故障點分離(3)在故障點線圈兩側使用專用工具支撐住線圈，并使用裁紙刀和0.5mm厚度的環氧板對線圈層間的絕緣進行清理，必要時可以使用吹風槍吹出線圈內部的殘留物。圖6：磁極線故障點絕緣圈清除(4)對故障磁極再次做交流阻抗試驗，以驗證是否故障點被清除，若試驗數據恢復說明可繼續進行后續處理，若試驗數據仍然有問題，則需重復第三條步驟，直至試驗合格。(5)將故障點處的絕緣清理干凈后，使用特制的絕

10、緣紙重新處理線圈層間的絕緣，并在絕緣紙內側涂以環氧樹脂膠（環氧樹脂+固化劑1:1配比，可加適量石英粉）。圖7：磁極匝間絕緣處理(6)將涂好環氧樹脂的絕緣紙對折后沿線圈內側均勻塞入，確保絕緣紙平整的塞入線圈內，所有處理過絕緣的地方均需要重新置入新的絕緣紙。圖8：磁極匝間絕緣處理(7)對已塞入絕緣紙的線圈，使用環氧樹脂條再次在線圈內部均勻涂一層環氧樹脂膠，使線圈與絕緣紙能夠很好的黏合。圖9：磁極匝間絕緣處理(8)線圈絕緣處理完畢后，在線圈撬開部位的磁極兩側使用千斤頂壓緊處理，待24小時環氧樹脂膠完全干透后再取下千斤頂。圖10：磁極匝間絕緣壓緊固化(9)磁極兩側壓好千斤頂后，使用熱風槍和裁紙刀對多余

11、的絕緣紙進行修整，并擦掉多余的環氧樹脂膠。(10)取下千斤頂后對之前處理掉的硅膠（鐵芯和線圈間空隙）進行密封處理。(11)對處理完成后的磁極進行絕緣電阻、直流電阻、交流阻抗及交流耐壓等試驗，試驗合格后可吊裝磁極。3.2 磁極正面故障點處理若磁極線圈故障點在磁極正面，則需對磁極進行翻身處理。(1)對翻身后的磁極故障點線圈兩側使用千斤頂壓緊處理，使線圈與鐵芯能夠較好的分離，壓緊至線圈兩側稍微翹起即可。 圖11：磁極正面故障點處理(2)處理步驟同以上第2條至第11條。3.3 注意事項(1)使用千斤頂壓緊時兩邊需同時用力，保持平衡。(2)使用鐵塊壓緊線圈時可在鐵塊底部墊一層白布，使其受力均勻。4 處理

12、效果經對撬開的磁極線圈進行檢查，發現19號磁極19-20線圈之間絕緣紙有灼黑的情況（7號、26號未發現明顯痕跡），結合交接試驗數據報告分析，磁極線圈短路原因為磁極制造時線圈之間存在毛刺等物質，交接試驗時層間絕緣未破壞，試驗結果合格。在機組投運后，運行中機組振動等原因使毛刺破壞層間絕緣材料，導致發生磁極層間短路情況。對處理后的7#、19#、26#磁極進行交流阻抗及直流電阻、交流耐壓試驗，其數值已恢復出廠值。磁極電壓（V）電流（A）損耗（W）阻抗（）直阻（m）絕緣電阻（G）交流耐壓（2000V）7#9.51219.1918.010.50022.60486.51min通過2.4604.9871.12

13、820.493319#10.4420.4419.100.51072.59975.71min通過2.4134.7921.1520.503526#9.41519.1416.280.49132.55591.31min通過2.4425.0231.2240.4862結束語：磁極的匝間短路嚴重危害發電機的安全穩定運行，對轉子繞組絕緣造成損傷，影響發電機電壓波形，有可能產生機組振動等不良因素。采用交流阻抗法對于發電機匝間短路故障進行檢查，簡便易行；對故障磁極通入200-300A的交流電流并根據熱點可準確確定故障點位置。在處理磁極故障時，需注意施工工藝要符合要求，減少因處理工藝造成的缺陷。對3號發電機轉子磁極匝間短路進行處理后，根據預防性試驗規程對磁極進行相關的試驗，結果均滿足DL/T 596-1996電力設備預防性試驗規程要求，證明該缺陷已消除，驗證了我們處理方法及技術的科學性及有效性。參考文獻及資料1 賴廣棟 “電站中轉子磁極鐵芯更換檢修法的技術探討” 廣東科技20