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一起水輪發(fā)電機磁極燒毀故障分析

文檔作者：龔源，朱生鴻，郭光焰，高立超文檔來源：國網甘肅省電力公司電力科學研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年03月05日
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收稿日期：2018 - 02 - 02
作者簡介：龔源（1984 - ），男，工程師，主要從事高電
壓技術及帶電檢測專業(yè)的研究工作。
E-mail：gongyuan433＠163. com
一起水輪發(fā)電機磁極燒毀故障分析
龔源，朱生鴻，郭光焰，高立超
（國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅蘭州730050）
摘要：某水電站水輪發(fā)電機磁極發(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后，經過現(xiàn)場拆卸全
面檢查及試驗，分析故障發(fā)生原因及經過，并針對故障原因提出防范措施。圖2 幅，表1 個。
關鍵詞：水輪發(fā)電機；磁極；匝間短路；分析
1 概述
某水電站2 號機組設備發(fā)電機型號為SF—
J57.5—88 ／ 12500，機組于2005 年3 月2 日試運行，
自2006 年1 月至2017 年1 月，共進行了C 級維修
9 次，B 級維修2 次，A 級維修0 次；最近一次C
級維修時間為2016 年12 月5 日—2017 年1 月10
日。故障發(fā)生前，該電站運行機組有1、2、3、4
號機組，全廠有功180 MW，其中2 號機組有功功率
51.23 MW，無功功率2.5 MVar。
2 2 號機組故障發(fā)生經過
2017 年5 月4 日02 : 46 : 20 監(jiān)控系統(tǒng)簡報“2F
機組勵磁限制器（欠勵限制）動作／ 復歸”共3 次，
02:46 : 35 至02 : 46 : 47 時間內機組故障錄波裝置連
續(xù)報出5 次“2F 勵磁電壓越上限”；02 : 47 : 16 監(jiān)控
簡報“2F 保護A 柜報警動作”，02:47: 24 監(jiān)控簡報
“2F 轉子一點接地保護報警動作”。03:07:54 至03 :
19:24 集控人員接到2 號機停機令后將2F 有功功率
從53 MW降為0，無功從4 MVar 降為0；03 : 19 : 28
“2F 發(fā)電至停機令動作”，03 : 23 : 36“2F 停機狀態(tài)
動作”。
3 故障檢查處理及原因分析
3.1 2 號機組故障檢查處理經過
（1）現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)2 號機滑環(huán)以下轉子絕緣為
零，進一步利用直流電阻比較法，對轉子繞組施加
恒定電流并在每個磁極連接頭處測量電壓降，根據(jù)
歐姆定律計算出直流電阻值（見表1）。初步判斷
故障點在上滑環(huán)勵磁大線引線進入磁極第11 號磁
極左右。打開上擋風板后發(fā)現(xiàn)8、9、10、11 號磁
極存在不同程度燒損，吊出8 ~ 11 號磁極檢查發(fā)現(xiàn)
其中9、11 號磁極燒損嚴重，11 號磁極線圈引線
靠近10 號磁極側斷裂，并存在兩點接地點。同時，
墊平排后磁軛處形成嚴重燒蝕痕跡，9 號磁極也存
在接地點。
（2）對8 ~ 11 號磁極進行了試驗并檢查，各轉
子磁極線圈（靠磁軛側）表面粉塵較多，8、9、11
號磁極絕緣電阻為零，10 號磁極絕緣電阻低于正
常值；8 ~ 11 號磁極交流阻抗值均超標。
（3）將8 ~ 11 號磁極送電機廠進行修復，期間
對發(fā)電機定、轉子進行相關試驗檢查并徹底清掃。
10 d 后2 號機組故障處理完成，各項試驗合格，經
批準重新投入運行。
表1 2 號機組轉子磁極線圈間連接點直流電阻
連接號
電壓
／ mV
電阻
／μΩ
連接號
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） 運行與維護
萬方數(shù)據(jù)
3.2 故障原因分析
（1）通過發(fā)電機解體對4 個磁極進行對比檢查
發(fā)現(xiàn)8、9、10、11 號磁極存在不同程度燒損，9、
11 號磁極燒損嚴重，其中11 號磁極燒損最為嚴
重，且11 號的磁極線圈引線處斷裂，在磁軛處形
成嚴重的燒蝕痕跡；而8、10 號燒損情況相對較
輕。結合轉子轉動順序為11 號—10 號—9 號—8 號
的情況分析，應為11 號磁極線圈首先發(fā)生故障，
11 號磁極線圈匝間絕緣破壞，進一步導致匝間短
路（具體匝間短路原因分析見第（2）點）并產生
接地。而11 號磁極線圈引線處因為自身在長期運
行中已存在金屬疲勞損傷，同時受到線圈接地影響
而發(fā)生斷裂（具體斷裂原因分析見第（3）點）。斷
裂瞬間發(fā)生燃弧，燃弧造成的大電流及高溫使得線
圈連接點斷口的銅材料熔融，所產生的熔渣順轉子
旋轉方向飛濺到9 號磁極，造成9 號磁極線圈匝間
短路并形成接地，從而造成2 號發(fā)電機兩點接地事
故；而熔渣同時波及到8、10 號磁極，導致8、10
號磁極燒損。
（2）11 號磁極線圈匝間短路原因分析
①2 號發(fā)電機組自2005 年試運行至今已有12 a
之久，期間絕緣老化現(xiàn)象不可避免。
②發(fā)電機組運行中，在電、熱和機械等綜合應
力的作用下，繞組產生變形、位移，會造成匝間絕
緣磨損、脫落。
③發(fā)電機解體檢查發(fā)現(xiàn)該機轉子磁極線圈（靠
近磁軛側）表面粉塵較多，而磁極臟污，在長期較
高溫度下運行碳化，也會造成匝間（尤其是轉子繞
組的端部匝間）短路。
（3）11 號磁極線圈引線處斷口原因分析
①對11 號磁極線圈引出線斷口進行觀察（見
圖1），斷口呈弧形，與線圈出線構架邊緣形狀吻
合，故可以判斷不是單純熔斷，而是由于受到外力
和電弧高溫共同作用下發(fā)生的斷裂。同時，由于斷
口沒有沿焊縫斷開，可以排除焊接工藝不良引起的
斷裂。
②檢查發(fā)現(xiàn)11 ~ 12 號磁極連接排存在應力痕
跡（見圖2），此應力會傳導至引出線斷口處，導
致引出線斷口處受到額外的應力。同時，引出線為
整體銅件，材質過硬、柔韌度不足，在長期大電流
運行狀況下發(fā)熱氧化；而且受到轉子高速旋轉離心
力及振動影響，會導致斷口處金屬疲勞損傷。
圖1 11 號磁極斷口及與構架邊緣比較情況
圖2 11 ~ 12 號磁極連接排應力情況
③當11 號磁極發(fā)生匝間短路，轉子繞組一部
分被短路，另一部分繞組電流增加，破壞了氣隙磁
場對稱性，局部磁場畸變，引起機組振動的增加。
新的通道電流使9、11 號磁極線圈進一步受損，同
時電流增大導致了繞組溫度升高，使引出線產生
斷裂。
綜上所述，11 號磁極線圈引線處斷口應為以上
所分析的兩種原因共同影響所導致。
4 防范措施
（1）運行中注意觀察發(fā)電機無功功率、勵磁電
流及機組振動的情況，一旦發(fā)生發(fā)電機定子或轉子
一點接地故障時應立即申請停機檢查。
（2）擇機進行電站發(fā)電機轉子匝間短路試驗，
并對磁極線圈引線質量進行徹底檢查（引用可行技
術結合機組A 修、B 修進行）。
（3）做交流阻抗試驗時，采用與出廠、交接試
驗時同樣的電壓，使試驗數(shù)據(jù)具有可比性。
（4）對電站機組發(fā)電機進行全面的檢查清掃，
防止機組受到油污、粉塵污染。
（下轉第57 頁）
· 48 ·
運行與維護SMALL HYDRO POWER 2018No.3，Total No.201
萬方數(shù)據(jù)
須由平行檢測單位在原不合格部位，再次擴大檢測
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，直接用地質鉆機取芯到第一次
檢測高程263 m處）；并要求兩家檢測單位派出人員
駐守工地，全程跟蹤取芯過程。芯樣抗壓試驗過程
要由建設單位、監(jiān)理方、施工方三方同時派出代
表，現(xiàn)場見證芯樣抗壓試驗全過程，確保試驗數(shù)據(jù)
真實可靠；并第一時間獲取試驗情況，以便進一步
判別大壩砌石混凝土施工質量是否合格。
2017 年9 月15 日，由建設單位、監(jiān)理單位、
施工單位及平行檢測單位駐施工現(xiàn)場代表四方聯(lián)
合，采用取芯機和地質鉆機取芯8 組，芯樣于2017
年9 月19 日送至平行檢測單位，并全過程共同跟
蹤檢測實驗。2017 年9 月25 日，在各參建方共同
見證下試壓，經檢測砌石混凝土強度合格，9 組檢
測數(shù)據(jù)如表所示（見表4）。
4 會商診斷
根據(jù)前幾次芯樣檢測成果， 為分析
258 ~ 272.5 m大壩C15 混凝土（砌石混凝土）施工
質量情況，2017 年10 月12 ~ 13 日，業(yè)主邀請省內
水利行業(yè)權威，組織召開“大壩工程混凝土取芯檢
測成果專家評價會議”。專家在現(xiàn)場調研、聽取參
建方及各檢測單位匯報、詳細研讀檢測報告的基礎
上，認為根據(jù)省、市質量監(jiān)督部門要求，由平行檢
測單位完成的第四次檢測工作取芯范圍廣、數(shù)量
多、深度覆蓋第二第三次，且與參建方的自檢結論
基本一致，具有較高的可信度。壩體的原材料試
驗、壩體壓水試驗、壩體挖坑容重試驗等成果滿足
規(guī)范及設計要求，進一步表明壩體質量處于受控狀
態(tài)，砌石混凝土試塊試驗強度能夠滿足設計要求。
鑒于第四次鉆孔取芯高程僅達263 m，專家要求在
4 號壩段1 號孔、2 號孔延伸鉆孔取芯至258 m 高
程，復核第一次鉆孔取芯（高程263.5 ~ 258 m）砌
體混凝土抗壓強度的成果。
2017 年10 月14 ~ 17 日，業(yè)主、監(jiān)理、施工單
位對4 號壩段1 號、2 號孔補充鉆孔取芯至258 m
高程，隨機取芯樣6 組，業(yè)主、監(jiān)理、施工三方全
程跟蹤檢測混凝土強度，經檢測6 組芯樣混凝土強
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 結語
壩體混凝土的施工質量對建設工程項目的整體
質量起到至關重要的影響，混凝土施工質量檢測結
果的影響因素很多，既有成品生產過程的因素，又
有檢測環(huán)節(jié)的因素；各參建單位和質量檢測部門要
嚴格按規(guī)范和設計文件實施，確保工程質量合格、
檢測成果可靠，從而為施工進度和成本控制提供
保障。
參考文獻：
［1］ JGJ ／ T 384—2016，鉆芯法檢測混凝土強度技術規(guī)程
［S］.
［2］ SL 352—2006，水工混凝土試驗規(guī)程［S］.
［3］ SL 631—637-2012，水利水電工程單元工程施工質量驗
收評定標準［S］.
■
責任編輯吳昊
（上接第48 頁）
（5）嚴格按照工藝質量標準進行連接安裝。避
免因工藝不良造成匝間短路及局部應力過大。對該
變電站新?lián)Q母線筒加裝端部支撐，并重新調整母線
伸縮節(jié)。
參考文獻：
［1］ 顧晃. 汽輪發(fā)電機組的振動與平衡［M］. 北京：中國
電力出版社，1997.
［2］ 李建名，朱庚. 高壓電氣設備試驗方法（第二版）
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［3］ 李偉清，王紹禹. 發(fā)電機故障檢查分析及預防［M］. 北
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［4］ 高石炳，李春雨. 發(fā)電機轉子接地故障的危害及預防和
處理［J］. 山西水利科技，2000（1）：84-85.
［5］ 吳登科. 發(fā)電機轉子接地故障及查找［J］. 吉林水利，
2005（2）：45-46.
■
責任編輯吳昊

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