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一起水輪發(fā)電機(jī)磁極燒毀故障分析

文檔作者：龔源，朱生鴻，郭光焰，高立超文檔來(lái)源：國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年03月05日
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收稿日期：2018 - 02 - 02
作者簡(jiǎn)介：龔源（1984 - ），男，工程師，主要從事高電
壓技術(shù)及帶電檢測(cè)專業(yè)的研究工作。
E-mail：gongyuan433＠163. com
一起水輪發(fā)電機(jī)磁極燒毀故障分析
龔源，朱生鴻，郭光焰，高立超
（國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050）
摘要：某水電站水輪發(fā)電機(jī)磁極發(fā)生匝間短路并燒毀的故障，利用直流電阻比較法確定故障點(diǎn)后，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)拆卸全
面檢查及試驗(yàn)，分析故障發(fā)生原因及經(jīng)過(guò)，并針對(duì)故障原因提出防范措施。圖2 幅，表1 個(gè)。
關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；磁極；匝間短路；分析
1 概述
某水電站2 號(hào)機(jī)組設(shè)備發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF—
J57.5—88 ／ 12500，機(jī)組于2005 年3 月2 日試運(yùn)行，
自2006 年1 月至2017 年1 月，共進(jìn)行了C 級(jí)維修
9 次，B 級(jí)維修2 次，A 級(jí)維修0 次；最近一次C
級(jí)維修時(shí)間為2016 年12 月5 日—2017 年1 月10
日。故障發(fā)生前，該電站運(yùn)行機(jī)組有1、2、3、4
號(hào)機(jī)組，全廠有功180 MW，其中2 號(hào)機(jī)組有功功率
51.23 MW，無(wú)功功率2.5 MVar。
2 2 號(hào)機(jī)組故障發(fā)生經(jīng)過(guò)
2017 年5 月4 日02 : 46 : 20 監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)報(bào)“2F
機(jī)組勵(lì)磁限制器（欠勵(lì)限制）動(dòng)作／ 復(fù)歸”共3 次，
02:46 : 35 至02 : 46 : 47 時(shí)間內(nèi)機(jī)組故障錄波裝置連
續(xù)報(bào)出5 次“2F 勵(lì)磁電壓越上限”；02 : 47 : 16 監(jiān)控
簡(jiǎn)報(bào)“2F 保護(hù)A 柜報(bào)警動(dòng)作”，02:47: 24 監(jiān)控簡(jiǎn)報(bào)
“2F 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)報(bào)警動(dòng)作”。03:07:54 至03 :
19:24 集控人員接到2 號(hào)機(jī)停機(jī)令后將2F 有功功率
從53 MW降為0，無(wú)功從4 MVar 降為0；03 : 19 : 28
“2F 發(fā)電至停機(jī)令動(dòng)作”，03 : 23 : 36“2F 停機(jī)狀態(tài)
動(dòng)作”。
3 故障檢查處理及原因分析
3.1 2 號(hào)機(jī)組故障檢查處理經(jīng)過(guò)
（1）現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)2 號(hào)機(jī)滑環(huán)以下轉(zhuǎn)子絕緣為
零，進(jìn)一步利用直流電阻比較法，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組施加
恒定電流并在每個(gè)磁極連接頭處測(cè)量電壓降，根據(jù)
歐姆定律計(jì)算出直流電阻值（見(jiàn)表1）。初步判斷
故障點(diǎn)在上滑環(huán)勵(lì)磁大線引線進(jìn)入磁極第11 號(hào)磁
極左右。打開(kāi)上擋風(fēng)板后發(fā)現(xiàn)8、9、10、11 號(hào)磁
極存在不同程度燒損，吊出8 ~ 11 號(hào)磁極檢查發(fā)現(xiàn)
其中9、11 號(hào)磁極燒損嚴(yán)重，11 號(hào)磁極線圈引線
靠近10 號(hào)磁極側(cè)斷裂，并存在兩點(diǎn)接地點(diǎn)。同時(shí)，
墊平排后磁軛處形成嚴(yán)重?zé)g痕跡，9 號(hào)磁極也存
在接地點(diǎn)。
（2）對(duì)8 ~ 11 號(hào)磁極進(jìn)行了試驗(yàn)并檢查，各轉(zhuǎn)
子磁極線圈（靠磁軛側(cè)）表面粉塵較多，8、9、11
號(hào)磁極絕緣電阻為零，10 號(hào)磁極絕緣電阻低于正
常值；8 ~ 11 號(hào)磁極交流阻抗值均超標(biāo)。
（3）將8 ~ 11 號(hào)磁極送電機(jī)廠進(jìn)行修復(fù)，期間
對(duì)發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢查并徹底清掃。
10 d 后2 號(hào)機(jī)組故障處理完成，各項(xiàng)試驗(yàn)合格，經(jīng)
批準(zhǔn)重新投入運(yùn)行。
表1 2 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子磁極線圈間連接點(diǎn)直流電阻
連接號(hào)
電壓
／ mV
電阻
／μΩ
連接號(hào)
電壓
／ mV
電阻
／μΩ
1 - 2 0.424 8.4 8 - 9 15.7 314
2 - 3 0.431 8.6 9 - 10 39.8 796
3 - 4 0.616 12.3 10 - 11 ／ ∞
4 - 5 0.527 10.5 11 - 12 24.1 482
5 - 6 0.457 9.14 12 - 13 0.766 15.3
6 - 7 0.758 15.1 13 - 14 0.527 10.5
7 - 8 0.410 8.2 14 - 15 0.444 8.9
· 47 ·
小水電2018 年第3 期（總第201 期） 運(yùn)行與維護(hù)
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
3.2 故障原因分析
（1）通過(guò)發(fā)電機(jī)解體對(duì)4 個(gè)磁極進(jìn)行對(duì)比檢查
發(fā)現(xiàn)8、9、10、11 號(hào)磁極存在不同程度燒損，9、
11 號(hào)磁極燒損嚴(yán)重，其中11 號(hào)磁極燒損最為嚴(yán)
重，且11 號(hào)的磁極線圈引線處斷裂，在磁軛處形
成嚴(yán)重的燒蝕痕跡；而8、10 號(hào)燒損情況相對(duì)較
輕。結(jié)合轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)順序?yàn)?1 號(hào)—10 號(hào)—9 號(hào)—8 號(hào)
的情況分析，應(yīng)為11 號(hào)磁極線圈首先發(fā)生故障，
11 號(hào)磁極線圈匝間絕緣破壞，進(jìn)一步導(dǎo)致匝間短
路（具體匝間短路原因分析見(jiàn)第（2）點(diǎn)）并產(chǎn)生
接地。而11 號(hào)磁極線圈引線處因?yàn)樽陨碓陂L(zhǎng)期運(yùn)
行中已存在金屬疲勞損傷，同時(shí)受到線圈接地影響
而發(fā)生斷裂（具體斷裂原因分析見(jiàn)第（3）點(diǎn)）。斷
裂瞬間發(fā)生燃弧，燃弧造成的大電流及高溫使得線
圈連接點(diǎn)斷口的銅材料熔融，所產(chǎn)生的熔渣順轉(zhuǎn)子
旋轉(zhuǎn)方向飛濺到9 號(hào)磁極，造成9 號(hào)磁極線圈匝間
短路并形成接地，從而造成2 號(hào)發(fā)電機(jī)兩點(diǎn)接地事
故；而熔渣同時(shí)波及到8、10 號(hào)磁極，導(dǎo)致8、10
號(hào)磁極燒損。
（2）11 號(hào)磁極線圈匝間短路原因分析
①2 號(hào)發(fā)電機(jī)組自2005 年試運(yùn)行至今已有12 a
之久，期間絕緣老化現(xiàn)象不可避免。
②發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，在電、熱和機(jī)械等綜合應(yīng)
力的作用下，繞組產(chǎn)生變形、位移，會(huì)造成匝間絕
緣磨損、脫落。
③發(fā)電機(jī)解體檢查發(fā)現(xiàn)該機(jī)轉(zhuǎn)子磁極線圈（靠
近磁軛側(cè)）表面粉塵較多，而磁極臟污，在長(zhǎng)期較
高溫度下運(yùn)行碳化，也會(huì)造成匝間（尤其是轉(zhuǎn)子繞
組的端部匝間）短路。
（3）11 號(hào)磁極線圈引線處斷口原因分析
①對(duì)11 號(hào)磁極線圈引出線斷口進(jìn)行觀察（見(jiàn)
圖1），斷口呈弧形，與線圈出線構(gòu)架邊緣形狀吻
合，故可以判斷不是單純?nèi)蹟?，而是由于受到外?
和電弧高溫共同作用下發(fā)生的斷裂。同時(shí)，由于斷
口沒(méi)有沿焊縫斷開(kāi)，可以排除焊接工藝不良引起的
斷裂。
②檢查發(fā)現(xiàn)11 ~ 12 號(hào)磁極連接排存在應(yīng)力痕
跡（見(jiàn)圖2），此應(yīng)力會(huì)傳導(dǎo)至引出線斷口處，導(dǎo)
致引出線斷口處受到額外的應(yīng)力。同時(shí)，引出線為
整體銅件，材質(zhì)過(guò)硬、柔韌度不足，在長(zhǎng)期大電流
運(yùn)行狀況下發(fā)熱氧化；而且受到轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)離心
力及振動(dòng)影響，會(huì)導(dǎo)致斷口處金屬疲勞損傷。
圖1 11 號(hào)磁極斷口及與構(gòu)架邊緣比較情況
圖2 11 ~ 12 號(hào)磁極連接排應(yīng)力情況
③當(dāng)11 號(hào)磁極發(fā)生匝間短路，轉(zhuǎn)子繞組一部
分被短路，另一部分繞組電流增加，破壞了氣隙磁
場(chǎng)對(duì)稱性，局部磁場(chǎng)畸變，引起機(jī)組振動(dòng)的增加。
新的通道電流使9、11 號(hào)磁極線圈進(jìn)一步受損，同
時(shí)電流增大導(dǎo)致了繞組溫度升高，使引出線產(chǎn)生
斷裂。
綜上所述，11 號(hào)磁極線圈引線處斷口應(yīng)為以上
所分析的兩種原因共同影響所導(dǎo)致。
4 防范措施
（1）運(yùn)行中注意觀察發(fā)電機(jī)無(wú)功功率、勵(lì)磁電
流及機(jī)組振動(dòng)的情況，一旦發(fā)生發(fā)電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子
一點(diǎn)接地故障時(shí)應(yīng)立即申請(qǐng)停機(jī)檢查。
（2）擇機(jī)進(jìn)行電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路試驗(yàn)，
并對(duì)磁極線圈引線質(zhì)量進(jìn)行徹底檢查（引用可行技
術(shù)結(jié)合機(jī)組A 修、B 修進(jìn)行）。
（3）做交流阻抗試驗(yàn)時(shí)，采用與出廠、交接試
驗(yàn)時(shí)同樣的電壓，使試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性。
（4）對(duì)電站機(jī)組發(fā)電機(jī)進(jìn)行全面的檢查清掃，
防止機(jī)組受到油污、粉塵污染。
（下轉(zhuǎn)第57 頁(yè)）
· 48 ·
運(yùn)行與維護(hù)SMALL HYDRO POWER 2018No.3，Total No.201
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
須由平行檢測(cè)單位在原不合格部位，再次擴(kuò)大檢測(cè)
取芯數(shù)量，且取芯深度需覆蓋前幾次（從現(xiàn)有大壩
砌筑面272 m 高程，直接用地質(zhì)鉆機(jī)取芯到第一次
檢測(cè)高程263 m處）；并要求兩家檢測(cè)單位派出人員
駐守工地，全程跟蹤取芯過(guò)程。芯樣抗壓試驗(yàn)過(guò)程
要由建設(shè)單位、監(jiān)理方、施工方三方同時(shí)派出代
表，現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證芯樣抗壓試驗(yàn)全過(guò)程，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)
真實(shí)可靠；并第一時(shí)間獲取試驗(yàn)情況，以便進(jìn)一步
判別大壩砌石混凝土施工質(zhì)量是否合格。
2017 年9 月15 日，由建設(shè)單位、監(jiān)理單位、
施工單位及平行檢測(cè)單位駐施工現(xiàn)場(chǎng)代表四方聯(lián)
合，采用取芯機(jī)和地質(zhì)鉆機(jī)取芯8 組，芯樣于2017
年9 月19 日送至平行檢測(cè)單位，并全過(guò)程共同跟
蹤檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。2017 年9 月25 日，在各參建方共同
見(jiàn)證下試壓，經(jīng)檢測(cè)砌石混凝土強(qiáng)度合格，9 組檢
測(cè)數(shù)據(jù)如表所示（見(jiàn)表4）。
4 會(huì)商診斷
根據(jù)前幾次芯樣檢測(cè)成果， 為分析
258 ~ 272.5 m大壩C15 混凝土（砌石混凝土）施工
質(zhì)量情況，2017 年10 月12 ~ 13 日，業(yè)主邀請(qǐng)省內(nèi)
水利行業(yè)權(quán)威，組織召開(kāi)“大壩工程混凝土取芯檢
測(cè)成果專家評(píng)價(jià)會(huì)議”。專家在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、聽(tīng)取參
建方及各檢測(cè)單位匯報(bào)、詳細(xì)研讀檢測(cè)報(bào)告的基礎(chǔ)
上，認(rèn)為根據(jù)省、市質(zhì)量監(jiān)督部門(mén)要求，由平行檢
測(cè)單位完成的第四次檢測(cè)工作取芯范圍廣、數(shù)量
多、深度覆蓋第二第三次，且與參建方的自檢結(jié)論
基本一致，具有較高的可信度。壩體的原材料試
驗(yàn)、壩體壓水試驗(yàn)、壩體挖坑容重試驗(yàn)等成果滿足
規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步表明壩體質(zhì)量處于受控狀
態(tài)，砌石混凝土試塊試驗(yàn)強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
鑒于第四次鉆孔取芯高程僅達(dá)263 m，專家要求在
4 號(hào)壩段1 號(hào)孔、2 號(hào)孔延伸鉆孔取芯至258 m 高
程，復(fù)核第一次鉆孔取芯（高程263.5 ~ 258 m）砌
體混凝土抗壓強(qiáng)度的成果。
2017 年10 月14 ~ 17 日，業(yè)主、監(jiān)理、施工單
位對(duì)4 號(hào)壩段1 號(hào)、2 號(hào)孔補(bǔ)充鉆孔取芯至258 m
高程，隨機(jī)取芯樣6 組，業(yè)主、監(jiān)理、施工三方全
程跟蹤檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，經(jīng)檢測(cè)6 組芯樣混凝土強(qiáng)
度最小值為14.7，平均值為18.1，最小值、平均
值均滿足規(guī)范要求。
5 結(jié)語(yǔ)
壩體混凝土的施工質(zhì)量對(duì)建設(shè)工程項(xiàng)目的整體
質(zhì)量起到至關(guān)重要的影響，混凝土施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)
果的影響因素很多，既有成品生產(chǎn)過(guò)程的因素，又
有檢測(cè)環(huán)節(jié)的因素；各參建單位和質(zhì)量檢測(cè)部門(mén)要
嚴(yán)格按規(guī)范和設(shè)計(jì)文件實(shí)施，確保工程質(zhì)量合格、
檢測(cè)成果可靠，從而為施工進(jìn)度和成本控制提供
保障。
參考文獻(xiàn)：
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［3］ SL 631—637-2012，水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗(yàn)
收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.
■
責(zé)任編輯吳昊
（上接第48 頁(yè)）
（5）嚴(yán)格按照工藝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接安裝。避
免因工藝不良造成匝間短路及局部應(yīng)力過(guò)大。對(duì)該
變電站新?lián)Q母線筒加裝端部支撐，并重新調(diào)整母線
伸縮節(jié)。
參考文獻(xiàn)：
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電力出版社，1997.
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■
責(zé)任編輯吳昊

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