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國產300MW水內冷發電機大修絕緣試驗

遼寧華電鐵嶺發電有限公司現有四臺國產300MW水內冷發電機組。在2007年我公司對4號發電機進行了現場大修,由于該發電機定子鐵芯在2003年大修中通過鐵損試驗發現多點過熱情況,尤其汽勵兩端特別嚴重。因此對4號發電機定子汽、勵兩鐵芯進行了更換。在本次大修中為檢驗發電機定轉子現在的狀況,并結合《電力設備預防性試驗規程》及《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》,我公司對該發電機進行嚴格的檢查和測試,試驗情況匯報如下。 
一. 4號發電機主要技術數據 
額定容量 353MVA 轉子電壓 365V 
額定功率 300MW 轉子電流 2642A 
額定電壓 20000V 冷卻方式 水氫氫 
額定電流 10190A 轉速 3000r/m 
功率因數 0.85 頻率 50Hz 
表1 
二.主要試驗項目 
1《電力設備預防性試驗規程》要求項目 
1)定子繞組的絕緣電阻、吸收比2)定子繞組的直流電阻3)定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗4)定子繞組交流耐壓試驗5)轉子繞組的絕緣電阻6)轉子繞組的直流電阻7)定子鐵芯試驗8)轉子繞組的交流阻抗和功率損耗9)定子繞組端部手包絕緣施加直流電壓測量10)空載特性曲線及三相穩定短路特性曲線 
2.《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》 
1)發電機定子繞組端部振型模態試驗2)發電機轉子剩磁試驗 
三.試驗情況 
1.發電機定子繞組絕緣電阻、吸收比 
使用水內冷絕緣電阻測試儀在內冷水電導率1.0×102μS/m以下時進行單相繞組試驗測量。其試驗值應與上次試驗值無明顯變化,吸收比根據經驗值應在1.3以上。 
2.定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗 
為準確檢查發電機端部繞組的絕緣情況,應在停機后清除污穢前熱狀態下進行,同時應在充氫后氫純度為96%以上或排氫后含氫量在3%以下時進行,嚴禁在置換過程中進行試驗試驗。 
試驗標準:在大修前的試驗標準為2.5Un。在大修后試驗標準為2.0Un。 
判斷依據:電壓按每級0.5Un分階段升高,每階段停留1min分別讀取泄漏電流。在規定試驗電壓下,各相泄漏電流的差別不應大于最小值的100%;最大泄漏電流在20μA以下者,相間差值與歷次試驗結果比較,不應有顯著的變化。泄漏電流不隨時間的延長而增大。 
試驗接線:水內冷方式定子繞組直流耐壓試驗一般均在通水狀態下進行,試驗采用低壓屏蔽法,基本接線如圖1所示,此項試驗對發電機定子繞組能有效地發現其端部缺陷,特別是對一些尚未完全貫通的集中性缺陷的發現有著明顯的效果。 
圖1低壓屏蔽法基本接線 
試驗結果如下: 
直流耐壓及泄漏電流 
試驗日期 2007.8.6 試驗性質 大修前 溫度 31℃ 濕度 55% 
泄漏試驗 
電流電壓 
相別 uA 0.5UH 
(KV) 1.0UH(KV) 1.5UH 
(KV) 2.0UH(KV) 2.5UH 
(KV) 
A mA 10 20 25 30 40 
 uA 25 35 50 85 100 
B mA 5 20 30 40 45 
 uA 20 40 60 85 100 
C mA 5 15 25 30 40 
 uA 20 35 50 85 100 
結論 合格 
表2 
根據試驗數據分析,該臺發電機定子繞組端部無絕緣問題。  
3.定子繞組交流耐壓試驗 
在直流耐壓合格后,為檢查定子繞組直線段的絕緣情況,我們進行了交流耐壓。 
試驗標準:為1.5Un 
判斷依據:在耐壓過程中無異常聲響、氣味、冒煙以及儀表擺動等現象,可認為絕緣耐受住了試驗電壓的考驗。 
由于發電機的容量比較大,需要的耐壓試驗儀器容量很大,在現場造成很大的不便。為解決該問題我們采用了串聯調感諧振法,即在試驗回路中串進一可調電感,通過調整電感與繞組電容產生電壓諧振。這樣可以減小試驗設備容量,方便了現場試驗。 
試驗接線如圖2所示 
圖2交流耐壓試驗接線 
試驗結果如下: 
交流耐壓 
試驗日期 2007.8.6 試驗性質 大修前 溫度 31℃ 濕度 55% 
 相別 
成績 
項目 A B C 
試驗電壓(KV) 30 30 30 
電容電流(A) 1.8 0.75 1.8 
結論 合格 
表3 
通過試驗數據分析,該發電機通過了交流耐壓試驗。通過經驗分析定子絕緣一般能維持一個大修周期的安全運行。 
4. 定子繞組的直流電阻 
試驗標準及判斷依據:汽輪發電機各相或各分支的直流電阻值,在校正了由于引線長度不同而引起的誤差后相互間差別以及與初次(出廠或交接時)測量值比較,相差不得大于最小值的1.5%。汽輪發電機相間(或分支間)差別及其歷年的相對變化大于1%?時應引起注意。 
試驗結果如下: 
2007年8月23日溫度:28℃濕度:45% 
相別 實測值 折算值(Ω)20℃ 上次折算值20℃ 互差% 
A 0.002045 0.001983 0.001992 0.45 
B 0.002032 0.001970 0.001981 0.55 
C 0.002038 0.001976 0.001986 0.50 
互差 0.64% 
表4 
通過試驗數據分析,發電機定子繞組直流電阻試驗結果合格 
5.轉子繞組的直流電阻 
試驗標準:與初次(交接或大修)所測結果比較,其差別一般不超過2% 
試驗結果如下: 
2007年9月6日溫度:25.5℃濕度:50.4% 
實測值(Ω) 折算值(Ω)20℃ 上次折算值20℃ 互差% 結論 
0.1025 0.1003 0.1006 0.31 合格 
表5 
5. 轉子繞組的絕緣電阻 
試驗標準:水內冷轉子繞組絕緣電阻值在室溫時一般不應小于5kΩ 
試驗結果如下: 
轉子線圈絕緣電阻測定 
絕緣電阻 75℃絕緣電阻 結論 
100MΩ 13MΩ 合格 
表6 
7.定子鐵芯試驗 
由于我公司在上次大修中更換了部分鐵芯,而該機組在運行中的振動比較大。所以我們與遼寧電科院高壓所密切配合,進行發電機定子鐵芯1.4T下的鐵損試驗。 
試驗標準:磁密在1.4T下齒的最高溫升不大于25K,齒的最大溫差不大于15K,單位損耗不大于1.3倍參考值。 
試驗接線:根據發電機鐵損試驗磁密的計算結果,我們用絕緣等級為6千伏、線徑為90mm2的多段連接試驗電纜為鐵損試驗的勵磁線圈,穿過發電機膛內的匝數為9匝。為保持磁通在發電機膛內的均勻分布,我們在保證磁通方向的前提下,將勵磁線圈分別纏在發電機膛內的兩側。對測量線圈我們采用絕緣等級為1000伏高壓絕緣線在發電機膛內纏3匝后,接專用試驗測量電壓互感器。 
圖3定子鐵芯試驗接線圖 
在試驗中發現汽側46、47槽間齒,軸向位置3號鐵心段處溫度高達125.6℃;勵側23、24槽間齒,軸向位置第一段風區隔板螺絲溫度為46.1℃,均超過溫度限值。及時通知相關檢修班組處理,處理后進行第二次鐵芯的鐵損試驗,試驗結果最高齒溫升為14.1K,冷熱齒溫差為9.7K,均在標準規定的允許范圍內。 
鐵損試驗熱成像圖如下: 
圖4定子鐵心試驗圖片 
8.轉子繞組的交流阻抗和功率損耗 
試驗標準:阻抗和功率損耗值自行規定。在相同試驗條件下與歷年數值比較,不應有顯著變化。 
試驗數據如下: 
2003年4號發電機轉子交流阻抗(膛外) 
電壓 電流 功率 阻抗 
220V 35A 5200W 6.3歐 
表7 
2007年4號發電機轉子交流阻抗(膛外) 
電壓 電流 功率 阻抗 
220V 37.5A 5400W 5.87歐 
表8 
經比較交流阻抗值有所下降,判斷轉子繞組有匝間短路現象。為此又測量轉子電壓分布,數據如下: 
內環極電壓:114V外環極電壓:103V 
兩極壓差達到11V,根據經驗值一般壓差超過3V,發電機轉子發生繞組匝間短路的概率很大。后又采用定位法即單開口變壓器法對轉子進行匝間短路試驗,確定#8線圈存在匝間短路故障,經扒勵側護環對轉子#8線圈進行了檢查處理后,經測試匝間短路故障消除。 
通過此次試驗,解決了4號發電機轉子匝間短路故障,消除了發電機在運行中因匝間短路引起的振動增大和影響出力問題。為4號發電機安全穩定運行提供了保證。 
圖5、圖6為4號發電機轉子扒護環后照片 
圖5 
圖6 
同時通過此次試驗數據分析,我們認為單一采用轉子交流阻抗試驗對發現轉子匝間短路不夠準確,還應該采用轉子極間壓降法和單、雙開口變壓器測試法進行試驗。其靈敏性和準確度遠遠高于單一交流阻抗測試法。 
9.定子繞組端部手包絕緣施加直流電壓測量 
試驗標準:1.手包絕緣引線接頭,汽機側隔相接頭泄漏電流不大于20μA;100MΩ電阻上的電壓降值不大于2000V。2.端部接頭(包括引水管錐體絕緣)和過渡引線并聯塊泄漏電流不大于30μA;100MΩ電阻上的電壓降值不大于3000V。 
我廠4號發電機定子繞組電位外移試驗結果顯示,在直流電壓為20KV下最大的數值為:B相出線套管泄漏電流為10.8μA,電壓值為1000V,均在試驗標準規定范圍之內。 
10.空載特性曲線及三相穩定短路特性曲線 
試驗標準:與制造廠(或以前測得的)數據比較,應在測量誤差的范圍以內。 
試驗結果:經與上次大修后試驗的4號發電機空載特性曲線及三相穩定短路特性曲線相比均無明顯變化,試驗合格。 
11.發電機定子繞組端部振型模態試驗 
為落實《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》及針對我廠機組震動比較大的情況,我公司請遼寧電科院高壓所對發電機定子繞組端部進行了端部振型模態試驗。 
試驗標準:發電機冷態下定子繞組端部如存在橢圓型振型且自振頻率在94~115Hz范圍內為不合格。 
試驗結果:我公司4號發電機通過試驗已對部分出現松動和磨損的引線進行加固處理,并接受遼寧電科院高壓所建議在以后檢修期間繼續進行端部振動特性試驗。通過此項試驗,消除了主設備的隱患,為機組的安全穩定運行提供了有力的保證。 
12.根據《防止電力生產重大事故的而十五項重點要求》規定在檢修中發現轉子磁化,應進行退磁處理。我公司4號發電機轉子在大修中經測試轉子剩磁超標,數據如圖所示:(單位:高斯軸向/徑向) 
汽側勵側 
41/3538/30 
36/4243/3743/3536/35 
42/3630/36 
圖7 
根據我公司的實際情況和現有試驗設備,采用直流退磁法。在發電機轉子上纏繞退磁線圈,退磁電源用直流電焊機(工作電流150A), 
 電氣接線圖如下: 
mV 
FL 
圖8退磁接線圖 
退磁安匝估算: 
lw===25477安匝 
如最大退磁電流為100A,則總退磁匝數需要250匝(抽出轉子后,再根據實測數值對汽側及勵側軸頭所繞匝數進行校核)。用25平方絕緣電纜沿軸相關部位密集均勻地纏繞,如圖所示。 
圖9退磁線圈繞制圖 
經退磁處理后,轉子各部位剩磁降到2高斯以下,在合格范圍以內。通過試驗證明國產300MW機組進行直流退磁,一般部件可以剩磁到2高斯以下,為今后其他機組的退磁提供了依據和經驗。 
以上是我公司4號發電機大修絕緣試驗情況,結合歷年的試驗情況對300MW水內冷發電機的大修試驗有如下幾點建議: 
1.對于發電機轉子匝間短路故障的查找方法,除采用轉子交流阻抗法外,建議開展轉子極間電位和單、雙開口變壓器法。 
2.我公司4臺300MW發電機在歷年檢修當中均出現過轉子剩磁超標現象,因此建議同類型機組在今后檢修中應開展發電機轉子剩磁的測試及退磁處理工作。 
3.重視發電機定子繞組端部手包絕緣施加直流電壓測量試驗,為發電機查漏工作提供依據。 
4.通過對我廠四臺發電機鐵芯進行的鐵損試驗表明,由電科院高壓所進行的1.4特斯拉下鐵損試驗可以準確快速的發現鐵芯過熱故障,對保證發電機的安全穩定運行提供可靠保證。因此建議同類型機組在今后檢修中應開展此項試驗 
5.發電機端部振型模態試驗可有效發現定子繞組端部問題。對震動較大發電機,應及時進行端部振型模態試驗,必要時可縮短周期進行跟蹤檢查,以確保發電機的安全穩定運行。

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