发电机检修时的试验与诊断

第一部分发电机检修时的试验与诊断一.发电机试验与诊断的重要性，项目及分类•（－）试验与诊断的重要性•·在制造厂：确保发电机的制造质量，检查发电机电气和机械特性是否达到设计要求及能否出厂。•·在发电厂（用户）：检查发电机经运输和安装后有无损伤性缺陷和问题；发电机并网运行后，经大修及小修消缺后是否合格，能否达到正常运行的条件。•·依据标准•国家标准•GB755-2000《旋转电机定额和性能》•GB/T7064-2002《透平型同步电机的技术要求》•GB1029-80《同步电机试验方法》•GB50150-91《电气设备交接试验标准》•电力行业•DL/T596-1996《电气设备预防性试验规程》•（二）发电机试验项目及分类按在制造厂内、工地安装（并网运行前后）及运行维护要求分为：•型式试验•出厂（检查）试验•交接试验•预防性试验见表-1发电机的试验项目二．绕组的直流电阻测量测量定子绕组的直流电阻：检查断股、接头焊接质量、套管引出线接触不良等；测量转子绕组的直流电阻：检查匝间短路及接触状态；测量方法及注意事项1．用具有5位数字、精度0.1级的双臂电桥式微欧计；2．基值很重要。出厂、交接、更换线圈；3．应在冷状态下进行测量，并折合至同一温度进行比较；4．对于测量不合格的发电机应进一步查明原因。如敲击各定子绕组接头或通直流（10～15％IN）观察有无发热部位。特定标准将试验结果折算在同一温度及校正了测量引线引起的误差后，定子应1.5％（汽轮发电机）及1％（水轮发电机）；转子应2％，并应对各磁极线圈的连接点进行测量。三．绕组的绝缘电阻测量•定子绕组绝缘电阻、吸收比及极化指数的测定。1.测定绝缘电阻时的物理过程CC1R1RaUI.Ix.Ic.tI.图-1•2.测量绝缘电阻应注意的几个问题•(1)温度的换算•Rc=Kt·Ri•Rc换算至40℃或75℃时的绝缘电阻•Ri试验时温度为t时的绝缘电阻•Kt换算因数见表-2绝缘电阻温度换算因数Kt(2)合格标准大修时的规定。新投入或干燥后的规定。(3)定子绕组水内冷，绝缘电阻的测定吸收比和极化指数合格值表-3吸收比及极化指数表-4转子绕组等部件绝缘电阻测量规定四．直流泄漏电流测量及耐压试验•直流泄漏电流测量及耐压试验是发电机交接与预防试验标准及规范中规定必做的项目之一，进行此试验，可以比兆欧表更有效地发现定子绕组端部一些尚未贯通的集中性绝缘缺陷，其特点是：1．可根据泄漏电流和施加电压是否呈线性比例关系或三相泄漏电流的不平衡度来判断定子绝缘状态——受潮、脏污或有局部绝缘缺陷；2．直流耐压试验不会形成被试绝缘内部劣化的积累效应；3．不需要容量较大的试验设备。对于定子绕组为空气或氢气直接冷却的发电机，试验接线如图-2所示。图-2•水内冷定子绕组——低压屏弊法2=IxIyIyIxABCxyzIy图-3定子绕组水电回路示意图图-4低压屏弊接线图CaRaR1IxR2R3R4CmAMAVC1C2L2IyIxRyIyRbRaEN＝2采用低压屏蔽法试验应注意的几个问题：1．微安表摆动的消除2．极化电势的消除3．微安值Ix的换算直流泄漏及耐压试验结果的判断五．工频交流耐压试验工频交流耐压试验的特点是试验电压与工作电压的波形与频率一致，从绝缘劣化和热击穿的机理考虑，最能检出定子绕组槽部的绝缘故障点或缺陷。1．试验方法及注意事项2．试验电压3．试验结果判定•1．试验方法及注意事项•发电机定子绕组工频交流耐压试验的接线如图-5所示。试验应分相进行，被试相加电压，非被试相短路接地，然后进行以下准备工作。•（1）试验前应先用兆欧表分相检查定子绕组绝缘，如发现严重受潮或缺陷，需经消除后方可进行试验。定子绕组水内冷，应在通水且水质合格状态下进行；氢冷绕组应在充氢后氢纯度为96％以上或排氢后含氢量在3％以下进行，严禁在置换过程中进行试验。•（2）设备仪表全部接好后，在空载条件下调整保护间隙，其放电电压调至试验电压的110～120％范围内，断开电源。•（3）经过限流电阻3在高压侧短路，调试过流保护跳闸的可靠性。•（4）电压及电流保护调试检查无误，仪表接线经检查无误后即可将高压引线接至被试绕组上开始进行试验。图-5发电机定子绕组交流耐压试验接线1V132456V27•2．试验电压•交接试验：1.5Un+2250V1Min•预防性试验：1.3Un～1.5Un1Min•对于定子绕组在检修中进行过全部更换或局部更换的发电机，试验电压请参照DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》规定进行。3．试验结果判定（1）正常状态下，随着试验电压的上升，电流亦随之增大，电流表指示稳定。被试发电机内部无放电声及绝缘过热或焦糊气味。（2）有以下现象时表明绝缘即将击穿或已被击穿：·电压表指示数值摆动很大，电流表（毫安表）指示急剧增加；·被试发电机内部有放电声响；·发现有绝缘烧焦气味或冒烟；·试验过流保护跳闸。六．定子热水流试验、气密试验•1．定子热水流试验•2．气密试验•1．定子热水流试验•对于定子水回路是否堵塞的检查，各电厂多数还沿用过去的逐一打开绝缘引水管接头测流量的方法。这种方法的测试工作太繁复、不准确，且回装绝缘引水管时稍有不慎，易造成接头把合不严密而漏水。•热水流试验法是近年来电机制造厂检查大型汽轮发电机定子水路有无堵塞的非常有效的措施。它不仅能检出异物堵塞，而且能检出由各种原因产生的“气堵”。目前，有的电力研究试验单位已在发电厂中应用这种方法检查定子水回路有无堵塞问题。图-6是用热水流法检测出的定子线棒及极间连接线水流正常及有气堵现象时的典型试验曲线。图-6热水流试验曲线•热水流试验法已被列入JB/T6228-1992《汽轮发电机内部水系统检验方法及评定》，作为适用于双水内冷和水氢氢型汽轮发电机制造过程定子内冷水路任一部位有无发生严重的水流堵塞的检验，也使用于机组的交接验收和大修过程的检验。•进行热水流试验时需在定子绝缘引水管、极间连接线、进出线及汇水环上贴敷足量的铜—康铜热电偶，并接入多点温度自动记录仪或数据采集系统，然后启动循环水泵，在水路中先通入加热后温升已达15℃的热水，稳定约0.5h后关闭循环水泵。启动冷水泵通入冷水。并每分钟采集一组数据，大约15min后试验即完成。图-7是对一台QFSN-300-2型气轮发电机定子进行的热水流试验的温度—时间试验曲线。图中，多数曲线在开冷水泵后温度上扬，图中加“﹡”处，是因进水总管的前一段水管中存有热水。因此，开泵后2～3min后温度方明显下降。曲线示出所有水回路不存在堵塞现象。图-7QFSN-300-2型发电机定子温度—时间曲线2．气密试验七．汽轮发电机定子绕组端部自振频率及整体模态的测量•汽轮发电机定子绕组端部承受着正常运行时的交变电磁力和出口及内部短路时的瞬态巨大电磁力的作用。随着发电机单机容量的加大，与电机电磁负荷直接有关的端部电磁力的作用也明显增大，因而定子绕组端部的可靠固定已成为电机制造部门十分重视的问题。大型发电机的运行研究和实践证明，如定子绕组端部的固有频率接近于双倍工频（100Hz），运行中定子绕组端部将因谐振而产生较大的振幅；如绕组端部的整体模态频率接近于双倍工频且振型为椭圆时，谐振电磁振动力及振幅将异常增大而产生严重后果。根据近十年来国外及国内200MW及以上大型汽轮发电机定子绕组端部短路事故分析结果表明，多台发电机定子绕组端部线棒绝缘严重磨损，引线接头铜线过早疲劳断裂、漏水等造成的接地短路事故，皆与定子绕组端部固定结构及工艺存在的诸多缺陷有关，其主要特征之一即故障线棒的固有频率接近于双倍工频，特别是绕组端部整体模态频率接近于双倍工频且为椭圆振型。•为此，原电力部颁布的标准DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》规定为发电机大修中必要时的试验项目，并要求定子绕组端自振频率不得介于基频或倍频的±10％范围内，即：45fr505590fr100110Hz。国家电力公司2000年9月发布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》中规定，为防止定子绕组端部松动引起相间短路，检查定子绕组端部线圈的磨损、紧固情况，200MW及以上发电机在大修时应做定子绕组端部振型模态试验，发现问题应采取针对性的改进措施。对模态试验频率不合格（振型为椭圆、固有频率在94～115Hz之间）的发电机，应进行端部结构改造。•（一）测试目的•按最新发布及实施的电力行业标准DL/T755-2000《大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性测量及评定》，测量项目如下：•1.定子绕组端部整体模态试验•2.定子绕组鼻部接头固有频率测量•3.定子绕组引出线和过渡引线固有频率测量•以上各项测点布置及数量要求是：•定子绕组端部整体模态试验要求在汽侧及励侧的端部锥体内截面上，各取如图-8所示的三个圆周，每一个圆周上的测点应沿圆周均匀布置，其数量应不少于定子槽数的一半。图-8定子绕组端部模态试验测点布置示意图1321.鼻部接头测点2.槽口部位测点3.渐升线中部测点定子绕组鼻部接头固有频率测点按图-8圆周1布置，测所有鼻部接头，引出线及过渡引线则应选择固定薄弱处的若干测点。•（二）测试条件及评定准则•定子绕组为水内冷的发电机，试验应在停机且绕组通水的条件下进行。新机交接时可先测量不通水时的数据。•DL/T735-2000标准对测试结果的评定准则如下：•1.绕组端部整体模态评定•新机交接时，整体模态频率在94Hz～115Hz范围内为不合格。•已运行的发电机，整体模态频率94Hz～115Hz范围内且振型为椭圆应对绕组端部进行加固处理；若频率在94Hz～115Hz范围，但振型不为椭圆，则应根据绕组端部有无明显磨损、松动机其严重程度进行及时处理或延缓处理。•2.定子线棒鼻端接头，引出线及过渡引线固有频率评定•接头及引线的固有频率在94Hz～115Hz范围内为不合格。对已运行的发电机，个别接头或引线的固有频率在94Hz～115Hz范围内应结合发电机定子端部固有结构的历史情况进行分析处理。•3.在相邻两次试验中模态振型和频率有明显差异时应对端部固定结构进行检查处理。对于测出的接头及引线上的94Hz～115Hz范围内的固有频率点，幅值有明显加大时，应进行加固处理。八．定子铁芯试验•发电机定子铁芯试验一般在铁芯硅钢片重新组装或更换、定子绕组重绕或铁芯存在片间短路形成过热变色时进行。定子绕组相间短路故障后波及铁芯，运行15年以上的大型发电机亦应结合故障检查及检修进行。•铁芯试验采用交流励磁法。试验应在转子抽出后，定子绕组三相短路接地时进行，如定子绕组存在接地故障，则绕组只可短路，不应再接地，以免多点接地烧坏定子铁芯。•（一）试验结线•试验结线如图-9（a）所示，沿定子铁心轴向用绝缘导线绕制的励磁线圈Wl与测量线圈Wm呈正交布置图-9（a）。水轮发电机因定子内径尺寸较大，为减少漏磁影响，使铁芯中磁通分布均匀，应采用图—9（b）的结线。如定子铁芯是分瓣组合式，励磁线圈应绕在组合面处。•励磁线圈一般为2～3匝，大型电机可取1匝。•（二）试验前的计算•1.励磁线圈匝数•式中—励磁线圈外施电压，V；fQBUWl44.41042•图-9定子铁芯试验结线图•T—有效铁芯磁密，一般取1.0T，大型直接冷却的气轮发电机和水轮发电机取1.4T；•f—工频，50HZ；Q—有效铁芯轭部截面，cm2;WFAabWmV1V2dcU～abcdWmWLWL•l—有效铁芯长度；•K—填充系数，0.93~0.95；•L—铁芯总长，cm；•n、b—铁芯通风沟数及宽度，cm；•D1、D2—铁芯外径及内径，cm；•h—轭高，cm;•hc—齿高，cm;lhQnbLKlchDDh221•式中Dav—铁芯平均直径，cm；•H0—单位长度的安匝数，当B=1.0T时，H0按制造厂提供的数值，H0＝1.4aw/cmWHDWFIa0hDD12.励磁电流•3.电源功率PtKVA4.测量线圈匝数：应使所需电压与仪表量程相适应，5.定子铁芯总重量1000UIPtlmWUUW213108.7QDGxv3104.25QDavkg