龚 源，朱生鸿，郭光焰，高立超

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050)

1 概 述

某水电站2号机组设备发电机型号为SF—J57.5—88/12500，机组于2005年3月2日试运行，自2006年1月至2017年1月，共进行了C级维修9次，B级维修2次，A级维修0次；最近一次C级维修时间为2016年12月5日—2017年1月10日。故障发生前，该电站运行机组有1、2、3、4号机组，全厂有功180 MW，其中2号机组有功功率51.23 MW，无功功率2.5 Mvar。

2 2号机组故障发生经过

2017年5月4日02∶46∶20监控系统简报“2F机组励磁限制器(欠励限制)动作/复归”共3次，02∶46∶35至02∶46∶47时间内机组故障录波装置连续报出5次“2F励磁电压越上限”；02∶47∶16监控简报“2F保护A柜报警动作”，02∶47∶24监控简报“2F转子一点接地保护报警动作”。03∶07∶54至03∶19∶24集控人员接到2号机停机令后将2F有功功率从53 MW降为0，无功从4 Mvar降为0；03∶19∶28“2F发电至停机令动作”，03∶23∶36“2F停机状态动作”。

3 故障检查处理及原因分析

3.1 2号机组故障检查处理经过

(1)现场检查发现2号机滑环以下转子绝缘为零，进一步利用直流电阻比较法，对转子绕组施加恒定电流并在每个磁极连接头处测量电压降，根据欧姆定律计算出直流电阻值(见表1)。初步判断故障点在上滑环励磁大线引线进入磁极第11号磁极左右。打开上挡风板后发现8、9、10、11号磁极存在不同程度烧损，吊出8～11号磁极检查发现其中9、11号磁极烧损严重，11号磁极线圈引线靠近10号磁极侧断裂，并存在两点接地点。同时，垫平排后磁轭处形成严重烧蚀痕迹，9号磁极也存在接地点。

(2)对8～11号磁极进行了试验并检查，各转子磁极线圈(靠磁轭侧)表面粉尘较多，8、9、11号磁极绝缘电阻为零，10号磁极绝缘电阻低于正常值；8～11号磁极交流阻抗值均超标。

(3)将8～11号磁极送电机厂进行修复，期间对发电机定、转子进行相关试验检查并彻底清扫。10 d后2号机组故障处理完成，各项试验合格，经批准重新投入运行。

表1 2号机组转子磁极线圈间连接点直流电阻

3.2 故障原因分析

(1)通过发电机解体对4个磁极进行对比检查发现8、9、10、11号磁极存在不同程度烧损，9、11号磁极烧损严重，其中11号磁极烧损最为严重，且11号的磁极线圈引线处断裂，在磁轭处形成严重的烧蚀痕迹；而8、10号烧损情况相对较轻。结合转子转动顺序为11号—10号—9号—8号的情况分析，应为11号磁极线圈首先发生故障，11号磁极线圈匝间绝缘破坏，进一步导致匝间短路(具体匝间短路原因分析见第(2)点)并产生接地。而11号磁极线圈引线处因为自身在长期运行中已存在金属疲劳损伤，同时受到线圈接地影响而发生断裂(具体断裂原因分析见第(3)点)。断裂瞬间发生燃弧，燃弧造成的大电流及高温使得线圈连接点断口的铜材料熔融，所产生的熔渣顺转子旋转方向飞溅到9号磁极，造成9号磁极线圈匝间短路并形成接地，从而造成2号发电机两点接地事故；而熔渣同时波及到8、10号磁极，导致8、10号磁极烧损。

(2)11号磁极线圈匝间短路原因分析

①2号发电机组自2005年试运行至今已有12 a之久，期间绝缘老化现象不可避免。

②发电机组运行中，在电、热和机械等综合应力的作用下，绕组产生变形、位移，会造成匝间绝缘磨损、脱落。

③发电机解体检查发现该机转子磁极线圈(靠近磁轭侧)表面粉尘较多，而磁极脏污，在长期较高温度下运行碳化，也会造成匝间(尤其是转子绕组的端部匝间)短路。

(3)11号磁极线圈引线处断口原因分析

①对11号磁极线圈引出线断口进行观察(见图1)，断口呈弧形，与线圈出线构架边缘形状吻合，故可以判断不是单纯熔断，而是由于受到外力和电弧高温共同作用下发生的断裂。同时，由于断口没有沿焊缝断开，可以排除焊接工艺不良引起的断裂。

②检查发现11～12号磁极连接排存在应力痕迹(见图2)，此应力会传导至引出线断口处，导致引出线断口处受到额外的应力。同时，引出线为整体铜件，材质过硬、柔韧度不足，在长期大电流运行状况下发热氧化；而且受到转子高速旋转离心力及振动影响，会导致断口处金属疲劳损伤。

图1 11号磁极断口及与构架边缘比较情况

图211～12号磁极连接排应力情况

③当11号磁极发生匝间短路，转子绕组一部分被短路，另一部分绕组电流增加，破坏了气隙磁场对称性，局部磁场畸变，引起机组振动的增加。新的通道电流使9、11号磁极线圈进一步受损，同时电流增大导致了绕组温度升高，使引出线产生断裂。

综上所述， 11号磁极线圈引线处断口应为以上所分析的两种原因共同影响所导致。

4 防范措施

(1)运行中注意观察发电机无功功率、励磁电流及机组振动的情况，一旦发生发电机定子或转子一点接地故障时应立即申请停机检查。

(2)择机进行电站发电机转子匝间短路试验，并对磁极线圈引线质量进行彻底检查(引用可行技术结合机组A修、B修进行)。

(3)做交流阻抗试验时，采用与出厂、交接试验时同样的电压，使试验数据具有可比性。

(4)对电站机组发电机进行全面的检查清扫，防止机组受到油污、粉尘污染。

(5)严格按照工艺质量标准进行连接安装。避免因工艺不良造成匝间短路及局部应力过大。对该变电站新换母线筒加装端部支撑，并重新调整母线伸缩节。

参考文献：

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[2] 李建名,朱 庚.高压电气设备试验方法(第二版)[M].北京:中国电力出版社,2004.

[3] 李伟清,王绍禹.发电机故障检查分析及预防[M].北京:中国电力出版社,1996.

[4] 高石炳,李春雨.发电机转子接地故障的危害及预防和处理[J].山西水利科技, 2000(1):84_85.

[5] 吴登科.发电机转子接地故障及查找[J].吉林水利, 2005(2):45_46.