发电机起励故障分析处理.doc

发电机 起励故障 分析处理

0 引言

四川省康定长鑫电站位于大渡河上游巴郎沟河上，一台发电机于2004年12月20投产发电。2005年3月1日14时15分，因水轮机推力轴承冷却器有杂物堵塞而停机处理，17时32分开机，发电机起励正常，在励磁调节器由“手动”向“自动”切换过程中，发电机失磁，17时38分再次开机时便不能起励建压。

1 查处故障的过程

1.1 初步分析及处理
因为现场条件限制，排查故障常用的替代法和比较法均不能实施，所以主要采用排除法来分析查找故障。3月4日，对发电机进行了较全面的检查。首先检查励磁调节器，发现励磁调节器过压保护回路的滤波电容器烧坏。换上备用电路板后，检查起励回路正常，但发电机开机仍然不能起励建压。其次，检测发电机和励磁机的磁极、电枢线圈绝缘电阻均未发现异常，用万能表的欧姆档检测各线圈，也未发现有开路断线等现象。由此分析认为，故障可能是励磁机整流盘的旋转二极管被击穿所致。然而，检查整流盘的旋转二极管，结果是六只二极管亦正常。于是我们怀疑故障是由于发电机转子线圈的灭磁电阻被击穿短路所致。但拆下整流盘后，发现发电机转子线圈的灭磁电阻根本就不存在（可能是安装过程中的失误所造成，3月9日返厂重新设计安装两只SiC灭磁电阻）。
1.2 进一步分析及处理
发电机开机后不能起励建压一般来说不是一件很难排查的事情，但这次的情况有些意外。当发电机在额定转速运转进行起励时，将万能表切换至直流10V档位，用万能表的表笔在整流盘直径两端反复地触碰旋转二极管脚，表头始终无摆动现象，说明励磁机电枢后端的整流桥并无输出。我们再一次将注意力集中到发电机的起励回路，对其作更加认真细致的检查，确实有证据表明发电机起励时直流电流已输入到励磁机的磁极线圈中去。这就排除了起励回路的故障。为了尽快地查出故障原因，更换了励磁机整流盘的六只旋转二极管,发电机开机仍然不能起励建压。
对发电机的一次回路检测结果如下：

表1 线圈直流电阻测量结果 单位：Ω
测量日期
数据
交流定子
绕 组
U1-U2
交流定子
绕 组
V1-V2
交流定子
绕 组
W1-W2
交流励磁
绕 组
F1-F2
电枢绕组
A1-A2
主极绕组
F3-F4
F5-F6
2003.10.28
（出厂报告）
0.001552
0.001552
0.001554
0.1288
0.007015
54.13
54.11
2005.3.8
（查找故障时）
0.001551
0.001550
0.001553
0.1258
0.006998
54.11
54.11
从表1可以看出，各线圈参数十分正常。测量发电机十个转子磁极的电抗值也是相等的。
将起励用的直流电池由9 V更换成12 V不能起励建压，再更换成24 V仍然不起励建压。
在发电机开机起励过程中，分别用两块万能表进行测量发电机出口电压。第一次用指针式的万能表交流档测量发电机出口电压无指示（后来才知道该表计交流电压档已失去作用）；第二次用数字式的万能表交流档测量发电机出口电压，其指示先为3 V和2 V，最后为1 V和0 V。
发电机励磁回路组成及起励流程图如下：

图1　发电机励磁回路流程图

由图1可以看出，一、二、六部分属于静止部件，三、四、五部分属于转动部件。在静止状态下检查六部分部件均没有发现问题。从理论上和运行实践经验表明，静止部件出现问题的可能性小一些，因此，注意力集中在三、四、五旋转部件上。但现场检查三、四、五部件又没发现问题。
现场检测试验条件十分有限，又无法与外部通信联系，该采用的方法已全部采用，于是将旋转部分且体积较小的三、四部件返厂检查。其结果是厂家检查三、四部件均无问题。最后采取一种非常规的方法，拆下无刷励磁机，在发电机的大轴上装上由厂家带来的滑环，将蓄电池的电压经滑环直接加入发电机磁极中去，用毫伏表检测转子回路的串联电阻上所加入的电流大小。当发电机转速上升时毫伏表便有指示，当发电机转速上升到500 r/min左右时，毫伏表指示便突然变为0。这说明发电机转子回路存在接触不良情况，故障是随着发电机转速的上升而出现的，至此，基本上可以肯定故障部位在发电机转子回路中。
1.3 故障点的确定
再次打开发电机的外罩，认真细致地检查发电机转子回路，发现位于发电机第九号磁极与第十号磁极连接部位，距离第十号磁极的根部约3 mm处有一非常细小的裂纹。找来木棒，利用杠杆原理撬在裂纹处，并外加1500 N左右的冲击力时，用双臂电桥测量转子磁极线圈的直流电阻值居然毫无变化。这说明裂纹非常非常细小。
1.4 故障的处理
确定了故障点后，尝试着将发电机定子线圈往另一端挪动约25 cm，使之能够露出故障部位，为处理故障提供了有利的条件。为防止在焊接过程中损伤转子磁极线圈的绝缘，又在裂纹周围用浸湿了的石棉绳进行隔离，在十分简陋的条件下，成功地用银焊条进行了氧焊，焊接完毕，测量发电机转子线圈直流电阻仍为0.1258Ω。用12 V蓄电池加在两极滑环上，开机起励建压正常，至此问题已经得到圆满解决。

2       对故障的综合分析

　　在排查发电机电气故障的过程中，如何能够快速准确地发现故障，并确定故障的位置非常重要。一般电气类故障的检修排除通常采用比较法、测量法、替换法、排除法等。
任何一种设备故障都会以一定的现象表现出来。本文所描述的发电机转子裂纹故障现象较为隐蔽，发电机停机检修时间共花13.5天。在处理完毕后值得人们深思和分析。
根据图1可知，发电机起励流程中，六部件在静态情形下均未检查出故障原因。就充分说明了，有些部件由静态到动态的情况会发生变化，如旋转二极管，电机线圈旋转时接头处脱焊、开裂等等。
(1) 根据故障时现象分析。一旦确定为发电机转子磁极回路，就应该认真地打开发电机外罩，对其转子各部分作一丝不苟的检查，总会发现蛛丝马迹的。在这次故障中，发电机转子裂纹处有一烧黑的迹象，虽然不明显，且只有不到1㎝2，但总可以给人们提供发现故障的依据。
(2) 根据操作时发生的情况分析。由值班员提供的情况，3月1日下午当发电机开机后第一次起励建压正常，只是在励磁调节器由“手动”切换到“自动”时，才发生的故障。在这种故障下，有可能产生飞车现象，导致转动部件松脱、断裂。
(3) 根据运行时的情况分析。发电机自2004年12月投产以来，发电机出口电压一直不稳定。调试人员对励磁调节器进行反复调试，发电机出口电压仍在370V～420V之间波动，调速器也出现抽动现象。在这次故障处理完毕后，发电机运行电压非常稳定，调速器抽动范围也大大地缩小。这在客观存上证明了发电机励磁回路在出厂时就存在某种缺陷。
(4) 根据查找故障时的检测情况分析。发电机在开机过程中加上励磁电压时，发电机出口有电压波动，检测的电压指示为3 V、2 V、1V、0 V现象，可以分析发电机在低转速下，发电机定子出口有较低电压，而在高转速下，反而无电压，也可以说明故障是随着发电机转速升高而显现的。
(5) 如果判断出发电机静态是正常的，动态是异常的结果，对分析处理问题很有帮助。在该故障排查过程中，除了旋转二极管外，就应该考虑旋转件的接头部位。
(6) 查找故障时，所用的测量表计必须是合格可信的。由于现场条件，发电机停机后，无外来电源，指针式万能表交流电压档无法验证其好坏。工作中使用一块不能正确指示的表计，给我们分析问题造成了错觉。
(7) 设备制造时在磁极引出线处，因为工艺的要求人为地用木锤将引出线往下锤了一个角度，可能是防止引出线在运行中碰擦发电机定子的缘故。但是该工艺掌握不好也给设备埋下了先天的祸根。

3 故障处理后的启示

(1) 尽管此类故障在运行中发生的概率相当小，但毕竟存在。重庆电机厂的专家们介绍，在该厂近八十年的技术档案记录中，这次故障是该厂发现类似软故障的第三次，前两次皆为磁极连接焊点处。今后在处理类似的故障时，根据故障现象综合分析可以考虑该种情况的发生，如果是这样就可以大大地缩短排除故障的时间。
(2)如果发电机出现在静态是正常的，而动态是异常的现象，就应该考虑发电机内部已经存在软故障。这就是发电机发生软故障的规律。
(3)由于发生过发电机磁极连接处开焊的情况，建议发电机磁极之间的连接线可以考虑改进工艺。譬如说将每个磁极引出部分重叠，用螺杆连接或以焊接。
无刷励磁旋转二极管检查装置电缆接地故障处理
（1） 故障现象：
某汽轮发电机无刷励磁系统在大修完毕后，将旋转二极管检测装置DNC部分送电时，在F2P3卡上出现DEF 1st 红色故障灯亮，三个TRD卡上的1 DEF，2DEF，3DEF红灯亮，后来测量各个探头侧的电压数值如表4-3所示，用示波器测量三个探头的波形，可以看出波形丢失。
   表4－3  各探头电压测量表
UNITE 01:
端子排号;        DC电压;        DC电压
(X40：7-9):        15.16V;        15V
(X40：8-9):        13.58V;        6-9V
(X40：11-13):        15.16V;        15V
(X40：12-13):        12.17V;        6-9V
(X40：15-17):        15.16V;        15V
(X40：16-17):        13.86V;        6-9V

UNITE 02:
端子排号;        DC电压;        DC电压
(X40：7-9):        15.16V;        15V
(X40：8-9):        8.17V;        6-9V
(X40：11-13):        15.16V;        15V
(X40：12-13):        7.9V;        6-9V
(X40：15-17):        15.16V;        15V
(X40：16-17):        7.49V;        6-9V
（2） 故障分析：
端子排X40：7-9和X40：11-13和X40：15-17是三个探头的输入电源，正常工作时电压数值应为DC15V。端子排X40：8-9和X40：12-13和X40：16-17是三个探头的反馈电压，正常工作时应是6-9V。现在卡件上面的故障灯亮和电压不正常，说明已经出现故障。造成该故障的原因有两个：第一，励磁机整流部分的旋转二极管有损坏现象；第二，从探头到DNC柜的连接电缆出现绝缘受损现象。
（3） 故障处理：
在停机状态下，打开励磁机盖，检查旋转二极管，内部一切正常。再检查电缆，通过测量电缆相间和相对地绝缘电阻，发现电缆绝缘偏低，后来通过甩掉连接电缆头的插件，再测量电缆相间和相对地绝缘，正常；则问题出现在插件上，由于没有相应的备件，只能将其重新连接上，并且将其出口“二级故障”线甩掉，让其不跳励磁开关。并网后，检查励磁电流正常，所以排除了旋转二极管的故障问题。