余浩然
大唐洛阳首阳山发电有限责任公司 河南省洛阳市 471000
【摘要】：本文详细介绍了一起汽轮发电机因定子绕组直流电阻不平衡引起的故障经过，分析了故障发生的原因，介绍了处理过程，提出了预防措施。
【关键字】：发电机；定子绕组；直流电阻；不平衡；故障分析
1 概述
电气设备由于制造中焊接不良，运输中的颠簸，运行中的振动等原因，会造成导线断裂、接头处开焊，连接部位松脱，接触不良，绕组匝间短路等导流回路的缺陷。因此要对电气设备进行直流电阻测试，鉴定设备导流回路的连接质量，以便发现缺陷，消除隐患，保证电气设备的安全运行。发电机直阻不平衡可能会引起机组运行期间电流增大发热造成发电机损坏，对设备安全运行造成重大安全隐患。
某火力发电公司#1汽轮发电机是由哈尔滨电机厂生产的QFSN-660-2型660MW三相交流隐极式同步发电机。技术规范如下：额定容量733.33MVA；额定功率660MW；最大连续功率700.4MW；额定功率因数0.9；额定电压20000V；额定电流21170A。在修前试验过程中，发现定子三相绕组直流电阻严重不平衡，测得各相直流电阻在校正了由于引线长度不同而引起的误差后：A相1.104mΩ、B相1.077mΩ、C相1.076mΩ，相互间差别最大值与最小值之差和最小值之比约2.5%（电气预防性试验规程中标准值为≯1.5%）。经用指针式双臂电桥检查法和通直流电流红外成像法仔细分析，找到故障点并处理完毕，避免了一起重大故障的发生。
2故障检查及处理情况
2.1故障检查情况
首先对发电机进行外观检查，查找有无过热点经过仔细检查，发电机外观良好无过热点。其次为排除试验仪器缺陷引起试验结果不合格的情况，先后使用两套不同试验仪器进行测量，试验结果均不合格。确认发电机A相直流电阻异常偏大。由此判断，发电机内部A相确实存在接触不良现象。
在现场查找发电机定子绕组直流电阻不平衡的原因，是件非常麻烦的事情，既不能对发电机造成太大的破坏，又不能耽误太长的时间。因此，首先采用外观检查法，继而采用指针式双臂电桥配合橡皮锤敲击检查法对故障进行查找，并利用通直流电流红外成像法进行验证。
具体检查过程如下：
2.2故障检查方法
2.2.1外观检查法
1) 首先清扫检查定子端部绕组、引出线、套管。检查极相组连线、并联引线、主引线的绝缘是否有损伤，起皱、膨胀和过热现象，套管不应有裂纹、爬电痕迹。检查极相组连线、并联引线、主引线的接头处是否漏水，绝缘是否有膨胀过热现象。
2) 检查定子端部紧固螺栓、绕组绑带、内撑环、可调绑环、鼻端垫块、锥环、绝缘支架及弹簧板、层间支撑管、适型垫块、并联环引线有无松动。并检查绕组端部的支架、绑环、防震环、斜形垫条、间隔垫块、适形材料及绑线有无松动断股现象，有无绝缘磨损现象。对于上下层间看不到的位置，可用内窥镜或制作专用反光镜检查。
3) 检查定子线棒绝缘引水管有无受损、漏水现象，引水管同端罩绝缘距离、绝缘引水管交叉情况检查。重点检查内冷水进出水膨胀节、绝缘法兰密封垫以及引线进出水绝缘法兰密封垫、膨胀节和励端排污管膨胀节、绝缘法兰密封垫及膨胀节完好情况、渗漏情况。
4）检查环行接线、过渡引线、鼻部手包绝缘、引水管接头绝缘有无受损。附近有无过热、变色、焦枯、松动、磨损、流胶、流锡现象。
经过以上外部检查未发现有异常问题，遂进行更进一步检查。
2.2.2指针式双臂电桥检查法：
1)首先查阅定子绕组展开图及定子端部接线图，确定直流电阻偏大的故障相在定子槽内的分布情况及各焊接头的实际位置，然后将被试绕组按要求接入直流双臂电桥，并打至测量位置，用木榔头或胶皮锤轻轻敲击有疑点绕组的端部接头，观察检流计有无反应，可判断虚焊或脱焊的位置。
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2) 双臂电桥检查原理为，当检流计 D 中无电流通过时， C 、D 两点的电位相等。双臂电桥能消除测量引线电阻和接触电阻带来的误差，适宜测量准确度要求高的电阻，因此用来检查定子线圈内部是否有松动十分的灵敏和直观。
3)电桥法检查直流电阻应注意
A．把电桥放平稳，打开检流计锁扣或灵敏度旋钮，调整指针到零位。
B．把被测电阻接在电桥的相应端钮上，接线要牢固，防止接触电阻过大和连线突然松脱。
C．C1、P1 接在A相出线一端，而 C2、P2 接在A相中性点出线的另一端，并且使电压线端（P1、P2）连接点比电流线端（C1、C2）连接点更靠近被测电阻。
D．测量时先按下电源按钮，再按下检流计按钮，调节电桥臂，使电桥平衡。
E.测量完毕后，应先断开检流计按钮，后断开电源按钮，以防断开电源产生的感应电动势损坏检流计。
F.测量结束，应将检流计的指针锁住或灵敏度旋钮回零，防止在搬运过程中因振动损坏。
4)该方法简单、实用，快速准确。若经过敲击，直流电阻仍然偏大，且检流计没有反应，可敲击端部过桥线及电机引出线端头焊接处，观察检流计有无反应。经筛查判断，用胶皮锤轻轻地敲击A相中性点引出线的出线盒处，检流计指针反应灵敏，判断故障点在此位置附近。
为了进一步查找准确的故障点位置，并排除敲击出线盒附近，引起的的引线振动传导其他位置松动造成检流计指针摆动，采用通直流电流红外成像法检查确认故障点。
2.2.3通直流电流红外成像法：
1)通直流电流红外成像法：电阻值超出要求时，可采用定子绕组通入10%—20%额定电流（直流），发热3—5min,用远程红外测温仪对比测量线棒接头温度，求取平均温升，查找异常温升点。
2)该方法不用剥接头绝缘，但应考虑接头处的绝缘温降，若测得端部渐开线处温度较高，还应考虑接头处传导热量的因素，不能盲目剥开。现场监测时，除注意控制通电时间和电流值外，还应注意观测定子绕组所埋测温元件的温度与红外仪所测温度的一致性。任何情况下均不允许超过该绝缘等级所允许的温升。
3)该检查方法操作注意事项：
A．接线完毕后，应检查一遍，看看是否有接线错误，接插件是否接触良好。
B．测试过程中，如有打火，以及开机时无任何显示等异常现象，应立即关闭电源并重新检查接线。
C．在实际接线时，电流输出端子应形成回路,不然仪器将不会输出电流。
4) 该检查方法安全注意事项：
A．为了操作人员及仪器的安全，确保仪器接地良好。
B．试验准备时最先接好地线，工作完毕时，最后拆除接地线。
C．仪器与试品连接时,注意检查各个接线是否错识,以免因接线错设造成设备损坏。
D．设定过流保护的电流值最大应不超过仪器额定输出电流值。
E．在通电情况下，不得插拔任何接线。
5) 结果试验发现#1发电机的A相中性点引出线的出线盒接头处温度比其它接头平均值高9度左右。常规情况下，超出平均温升较高的接头，应结合分段式侧直流电阻法进一步测试、诊断。但为减少工作量，采取处理故障点后，测量直流电阻试验复查的方式进行。下面简单对分段式侧直流电阻法进行介绍。
2.2.4分段式侧直流电阻法
1）剔除发电机定子绕组出线盒密封胶，从定子绕组出线盒测量三相定子绕组直流电阻，如三相直流电阻不平衡则判定电阻绕组内部存在问题，如三相直流电阻平衡，则判定电子绕组出线盒与定子绕组出现套管之间存在故障。
2）如从定子绕组出线盒测量三相定子绕组直流电阻不平衡，需在A相用中性点分段法测量故障位置，进一步处理。
3）如从定子绕组出线盒测量三相定子绕组直流电阻平衡，需测量A相定子绕组出线盒与出现套管接线处和中线点连接处的直流电阻，与其他两相相对比确定故障位置。
3故障处过度引线更换修复
3.1用螺丝刀、木榔头等工具将A相中性点出线盒的绝缘及环氧树脂填料去除，发现A相出线套管与定子绕组引线连接处有过热痕迹，遂对过渡引线进行安装更换及绝缘包扎。
3.2过渡引线包括主引线和柔性引线两部分；首先安装主引线，主引线位置确定后再安装柔性引线。安装主引线时应注意其水路的正确性，特别是引线汇流管（亦称小汇流管）出水一定要接到发电机外部内冷水管路上（汽端汇流管下部排污口）。
3.3在安装时候柔性联接片要涂刷KRYTOX或类似润滑脂。
3.4在安装柔性联接片的另一端，使其与引线接头对准，螺丝中心与断面最小距离不小于25.4mm。
3.5上紧螺丝后使用39N.m的力矩紧固；紧接着进行定子水回路的气密和水压试验，合格后进行绝缘包扎，对出线盒重新进行封固处理。
3.6在螺栓六角头和螺帽之间包以53841YR胶处理过的2mm厚涤纶毡，目的是为了封闭螺栓螺帽之间的间隙形成便于包扎面，并用此材料复盖螺栓头、螺帽、引水管夹以及其他不规则的表面和各台阶之间的地方，以清除间隙，并形成一个便于包扎的表面。
3.7对地绝缘采用0.14*25 5438-1粉云母带，半迭绕18层，对地绝缘要搭在主引线和套管绝缘上，其搭接距离分别不小于96mm和152mm；在引水管上的包扎必须越过引水管夹一定距离，其长度为72mm。
3.8如需要云母带布卷包时，用5438-1云母带（两层云母带布等于一层半迭绕云母带厚），每层之间刷53841YQ胶，最外面半迭绕一层0.1*25的玻璃丝带，外面刷红瓷漆9130。
4原因分析
4.1对A相中性点出线盒进行恢复后，进行直流电阻试验，A相1.076mΩ、B相1.077mΩ、C相1.076mΩ，相互间差别最大值与最小值之差和最小值之比小于1.5%，本次缺陷处理试验合格。
4.2一般来讲线棒铜导线和引出线电阻为一定值，变化很小，因此直流电阻的变化主要反映接头焊接质量不良如焊接断股，脱锡和虚焊，连接螺栓松动等问题。目前电机制造厂对线棒鼻部焊接质量还没有有效的检查手段，特别是对于机组容量越大，定子绕组端部整形越困难，工艺也较为复杂。只能靠严格工艺管理提高员工责任心和强化人员培训来保证。因此，发电机线棒接头焊接不良的制造缺陷仍然会存在。
4.3另外，由于定子焊接头在运行中长期通过工作电流，还可能短时承受短路电流及冲击电流的作用。致使它不仅受到运行中交变电磁力的作用，还可能受到短时冲击电磁力的作用，因此发电机定子线棒的引线接头处缺陷将会在运行几个周期后，会通过直流电阻的不平衡故障逐渐暴露出来。
5结论
针对该公司#1发电机A相中性点出线盒内故障，采用直流双臂电桥测量外加敲击焊接头的检查方法结合通直流电流红外成像法，对发电机绕组直流电阻不平衡引起的故障都能够快速、有效的判断，而且简单、实用，该缺陷的顺利处理对存在类似问题的发电机组具有一定的借鉴意义。
参考文献
[1]DL/T664-2008带电设备红外线诊断应用规范[M]中国电力出版社，2008
[2] Q/CDT 107 001-2005电力设备交接和预防性试验规程
[3]DL/T 838-2003《发电企业设备检修导则》相关部分