发电机转子匝间短路的原因分析及预防措施的探讨

【摘 要】沙角A电厂#4发电机转子在开机时或有强励电流时，轴振较大；而在正常运行时（转子达到3000r/min）各项电气参数均属正常。本次发电机大修时，发现转子存在不稳定匝间短路现象。用极电压平衡以及匝间电压分布等多种方法查找出短路点，经返厂处理后并提出了相应的预防措施。

【关键词】汽轮发电机；匝间短路；原因分析；预防措施

一、概况

沙角A电厂#4发电机（以下简称A4发电机）QFN-300-2是上海发电机厂引进美国西屋公司技术生产的全氢冷汽轮发电机，于2012年12月1日进行第五次大修。

A4发电机在正常运行时，各项电气参数和机械参数均检测正常。只是在开机时或有强励电流时，轴振较大。12月13日抽出转子后，通过两级电压平衡、匝间电压分布以及RSO等试验方法测试，发现转子有不稳定匝间短路现象：转子在做二极平衡时在固定的一个角度（设此时为0度）有9V的差异，随着转动而缩小，180度时消失，至0度时又达到差异9V左右，具体数据见下图（试验数据来源于沙角A电厂高试班）。同时RSO波形法也证实二极不吻合。经工作人员检查，转子护环下也有少量铜粉出现，且汽端多级风扇内比励端护环内多，不稳定匝间短路点发生在励端的可能性较大。

二、短路原因分析

2.1判断依据

判断转子是否为匝间短路通常用两极电压平衡、匝间电压分布以及RSO等试验方法。转子发生匝间短路时，由于短路点的存在，会改变短路线圈的阻抗以及电容的分布，给转子通入交流电流时，转子线圈的两极间或匝间的电压分布的会明显不平衡。

2.2短路故障点的初步确定

根据此判断原理，测得交流下转子线圈的电压分布并绘制曲线图（试验数据来源于中试所）如下：

据上图可知大部分线圈上的电压上级与下级基本相同，只有在#4、#6和#7线圈的电压出现了突然降低趋势，且差值为2V—4V，因此推断故障应发生在#4、#6和7#线圈。24日拆除励端端部护环以及绝缘件后，发现#6、#7线圈之间的扇形绝缘板有电击现象，并且表面有少量铜粉。将绝缘件清理后回装，端部线圈整形模拟护环状态加固线圈后做匝间电压分布试验，短路现象消失，初步认定之前的不稳定现象是由于赃污引起。为了根本解决问题，决定拔汽端护环处理汽端端部绝缘。27日拆除汽端护环，相比于励端，线圈较为干净，但是端部线圈变形较大，很多绝缘件十分松动，但没有明显的点击现象。

2.3短路原因初步分析

从转子拆除护环后的检查情况和拆护环前后的试验数据综合判断，该转子的短路现象属于非金属性匝间短路，是由于机组使用年久，装配在端部的垫块局部松动，与线圈摩擦引起垫块表面受到金属污染，造成垫块局部表面电阻降低引起不稳定匝间短路。

2.4短路故障修复处理

修复该匝间短路故障主要从以下几点入手：

（1）通过试验初步确定短路点位置；（2）处理或更换端部绝缘垫块；（3）条件允许时，更换线圈间的匝间绝缘和槽绝缘；（4）着重检查短路发生点相邻的匝间绝缘的情况；（5）针对A4发电机转子的这种不稳定匝间短路情况，需在修复后，使用多种试验方法在不同的角度检测是否将短路问题根本解决。

三、预防措施

通过沙角A4发电机转子匝间短路分析，暴露出了很多关于（发）电机匝间短路的相关问题，针对出现的这些问题，需要做好以下的预防措施：（1）严格生产产品的检验。防止转子匝间短路最有效的措施是从源头进行严格检验。在生产设计的产品投入使用前，要严格监控各个环节，使得绕组完好无损；一定要确保线圈内部没有金属残留物或是其他的非金属杂物；（2）在设备运行的过程中要让设备平稳运行。加强机组的维护，提高设备管理水平；（3）按规章定期检修和试验。制定良好可行的维修周期和试验周期，大小修期间认真检查，做好预防试验，并对维修过程进行严格控制。对于试验数据进行存档，方便对数据进行分析和对比，可以及时有效发现故障；（4）预防措施要按指定标准执行，从检修工艺、安装精度、预防性试验、运行管理多方面控制，保证发电机安全稳定的运行。

四、结语

在各项生产事故频发的现状更加要注重安全生产。大型汽轮发电机在大小修中要重视转子匝间短路的检查，匝间电压分步法可以对转子的匝间短路进行较灵敏的判断，并通过具体的电压值对比可以找到故障发生点。A4发电机的转子匝间短路就是一个很好的应用实例，正常运转下各项电气参数均正常，可是静止时在某一角度却存在着匝间电压分布异常，说明某些不稳定的匝间短路不易察觉。所以多种试验方法和多角度对转子进行预防性试验对转子匝间短路早期的发现起着重要作用。

参考文献

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[3]黄伟华.一起700MW机组发电机转子匝间短路故障分析[J].能源与环境，2012.