發電機轉子故障診斷和在線監測作者：匿名2008/1/16 12:0633626

摘要：基于設備故障診斷，從發電機轉子結構入手，分析了轉子電路故障的表現形式和故障機理。結合伊敏電廠發電機轉子匝間短路在線監測裝置的實際應用，闡述了發電機轉子在線監測的重要性。關鍵詞：故障診斷發電機轉子匝間短路在線監測1引言設備故障在線診斷技術是20世紀70年代興起的一項新技術，它可以利用先進的技術手段監測和分析設備狀態參數，判斷設備是否異常或有故障，故障的位置和原因以及故障的惡化趨勢，從而確定合理的維修時間和方案。這項技術包括檢查和發現異常、診斷故障狀態和位置、分析故障類型三個基本環節，還包括四項基本技術：檢測技術、信號處理技術、識別技術和預測技術。隨著生產的發展，生產設備越來越先進和現代化，設備越來越復雜，設備故障造成的經濟損失和影響也越來越大。設備維護方法和監控方法越來越受到重視，其發展經歷了從事后維護到定期維護，再到視情維護的變化。其中，基于狀態的維修是較先進、較合理的維修方式，它是以監測診斷技術為基礎的。通過對運行狀態的監控，可以發現和消除可能出現的故障，避免事故的發生。同樣，設備檢測(監控)方法也在不斷發生適應性變化，經歷了五次發展：1)依靠人的五官和簡單的工具進行檢查和監控；2)使用簡單的檢測器進行檢查和監控；3)離線監控；4)連續狀態監測；5)在線狀態監測：在線監測可隨時獲得機器運行的各種狀態信號，并可對機器進行連續監測。其特點是能早期發現故障，密切監視其發展，提前實現預測，使在較合適的閾值下選擇準備好的停機檢修設備成為可能，可以節省時間，減少損失。在線連續狀態監測可以提供設備運行和維護的信息，它提供的趨勢分析信息可以進一步完善設備維護計劃，使設備維護更加準確有效，節約成本。操作員可以使用它顯示的狀態信息；及時不斷改進運行方式，進一步提高設備運行的可靠性和效率。雙方的經驗和積累的數據為設備設計者和制造商提高設備的性能和可靠性提供了重要的信息。設備運行中在線連續監測的狀態如圖1-1所示。圖1-1發電機是電力系統的核心。隨著工業電力的發展和單機容量的增加，提高發電機的產品質量，實現對發電機的在線監測和診斷，對發電機的可靠運行至關重要。發電機在線監測的主要目的是早期發現發電機的缺陷，有計劃地安排維修，從而避免事故發生，減少事故造成的財產損失，減少強制停機次數，降低發電機的維修成本，提高發電機的可用性。長期以來，電廠中用于發電機運行的監測和控制方法大多是針對機組運行工況的調整和異常或事故狀態的控制，很少或沒有對潛在故障進行早期檢測或診斷。發電機交接和檢修所用的試驗方法和標準也是診斷方法，大多只適用于停機狀態，不能滿足防止運行中突發事故的要求。發電機在線監測診斷系統需要觀察和采集發電機運行狀態下的許多電氣、機械，理化數據和特性，并建立正確的數據處理系統，較終給出發電機運行異常或存在缺陷的信息。目前，發電機在線監測診斷系統得到了廣泛的開發和采用， #p#分頁標題#e#

同時，隨著計算機軟硬件技術的不斷完善，它們與監控技術相結合，功能完善的新型綜合在線監控系統不斷問世。除在線監測外，它們還具有趨勢分析和故障診斷功能，為實現預測性維護提供了有效的技術手段，顯著提高了發電機運行的安全性和經濟性。發電機轉子通常有多個勵磁線圈、線圈引線和阻尼繞組。這些部件在設備運行過程中承受較大的電流和離心力，當超過部件的極限強度時會導致較大的事故。例如，某水電站75MW水輪發電機在運行中因轉子引線斷裂而失磁，導致阻尼條失步和過熱。斷裂的阻尼條撞擊定子端部，造成定子相間短路，導致三相短路，導致發電機組和干式變壓器側繞組燒毀，損失慘重。巧合的是，另一家工廠的一臺機組因轉子兩點間隙接地，造成了一系列嚴重后果，較終導致轉子報廢。這些事故令人震驚。目前，轉子繞組斷線通常在停機條件下測量，轉子匝間短路的測量是在發電機空載和三相穩定短路條件下進行的。這些情況表明，有必要對轉子繞組進行在線監測，目的是在故障或缺陷的初始階段給出預警，較終避免事故。3故障分析作為發電機組的重要組成部分之一，發電機的轉子也是容易發生故障的地方。轉子一般由磁極、勵磁繞組、轉子軛和阻尼繞組、轉軸、轉子風扇等輔助部件組成。大多數勵磁繞組用扁平銅線纏繞形成同心線圈，纏繞在磁極的磁極上。線圈的匝由絕緣材料絕緣和隔離。通過對轉子的結構分析，可以確定轉子的故障表現形式，分為三個方面。一方面是轉子本體故障，另一方面是轉子繞組故障。轉子軸承軸系的故障主要是轉子軸承和電機軸瓦的故障，故障診斷是基于振動特性的分析，理論上已經比較成熟。一方面，轉子本體故障是純機械故障，另一方面，電源負序電壓引起的轉子渦流損耗會導致過熱引起的疲勞裂紋。轉子繞組故障可分為斷線、接地故障和匝間短路。以下是主要故障

理作一番分析和說明。轉子引線的斷裂是一個漸變過程。在機組大小修時處于靜態常溫下，通過對轉子繞組直流電阻的測量，稍有裂紋，從直流電阻上很難反映出來，只有在運行當中，繞組處于高速離心力和高溫環境下，才能反映出來。當出現裂痕時，使其通流密度增大，局部溫度升高，引起導體局部膨脹變形，機械強度低，加之高速向外的離心力，使其斷裂在欲斷不斷之時，伴有電弧使之燒毀，由此推斷，有裂紋到斷裂是隨時間發展的，再則通流面積減小，局部溫度升高，在此過程中，都表現為回路電阻增大。大多數發電機都發生過或存在轉子繞圈匝間短路的故障，由于其對機組正常運行影響不大或故障特征不明顯，許多匝間短路故障都被忽略，但長期運行下去，匝間短路故障會導致轉子線圈一點甚至多點接地。匝間短路發生的主要原因是線匝絕緣的移動，轉子端部的熱變形，線圈端部墊塊的松動或護環絕緣襯墊的老化，小的導電粒子或碎渣進入線圈端部及通風溝。匝間短路能引起轉子熱不平衡，轉子漏磁場發生變化，定子繞組并聯支路的環流及主軸軸承座的磁化，其影響程度多少取決于短路的程度及部位。當線圈發生匝間短路時，不同的接觸電阻將使熱損耗發生變化，接觸電阻越小，短路損耗越大，當繞組有一半電流被旁路時，短路損耗將達線圈總損耗的四分之一，短路會導致繞組總損耗減小，轉子平均溫度降低，而故障點短路損耗增加導致局部溫度升高、熱膨脹在很小范圍內發生.因而轉子發生不同程度的彎曲，振動增加。隨著勵磁電流的增加，振動也隨著增加。轉子線圈發生匝間短路故障時，會出現這樣幾個征兆:1)振動增大;2)勵磁電流增大，振動幅值增大;3)在勵磁電壓不變的情況下，勵磁電流增大。因此及早發現發電機轉子匝間短路對發電機安全運行有著重要意義。3.1 匝間短路在線檢測裝置應用實例伊敏發電廠2004年5月＃2發電機檢修中發現轉子汽、勵兩側軸頸和連軸器位置存在不同程度的剩磁，在電氣試驗報告發現：轉子靜態交流阻抗基本正常，額定轉速下交流阻抗電流較大,在3000r/min時，#2發電機轉子繞組的阻抗電流明顯的高于#1發電機，電流增量達到7.59，嚴重超標。這是發生匝間短路故障的重要判據之一；另外伊敏發電廠#2發電機轉子繞組的阻抗電流已經與盤山發電廠#2發電機轉子繞組的阻抗電流相等，而盤山電廠#2發電機轉子已經被證實：在3000r/min時，轉子繞組是存在穩定的、金屬性的匝間絕緣短路故障；從損耗功率曲線看，伊敏發電廠#2發電機轉子的損耗功率為6240W，比伊敏發電廠#1發電機的損耗功率高出10.9，這也可以得到同樣的結果：伊敏發電廠#2發電機轉子繞組的匝間絕緣在動態工況（3000r/min）時有問題；由于在靜態下匝間絕緣短路故障不出現，為了準確判定在動態時伊敏發電廠#2發電機轉子繞組匝間絕緣的狀態、同時確定可能的故障點的大致位置，決定安裝一套轉子在線監測裝置－轉子槽漏磁感應線圈，對發電機轉子動態槽漏磁感應電勢進行測定。在發電機定、轉子氣隙中安裝測試用轉子槽漏磁感應線圈，并將信號引至發電機外部，通過計算發電機動態下轉子槽漏磁感應電勢波形的畸變程度，可以準確判定轉子繞組匝間是否存在短路現象。并且通過參照軸系測振系統中的“鍵相器”信號準確判斷故障點的極號和槽號。2004年7月9日分別在#2機啟機前的空載試驗和短路試驗中對轉子槽漏磁感應電勢進行了測試，根據實際測試的波形，依照JB/T8446-1996標準給定的方法計算分析發現：我廠#2發電機正極（外環）轉子繞組#8線圈、正極（外環））轉子繞組#7線圈的感應電勢較小，判定為匝間短路。（測試波形及結果見圖2－1和表2－1）圖2－1伊敏發電廠#2發電機短路試驗額定電流狀態下轉子槽漏磁感應線圈的感應電勢波根據波形計算結果見下表表2－1伊敏發電廠#2發電機短路（試驗）狀態下轉子槽漏磁感應線圈的感應電勢統計表另外，轉子的故障形式在某種程度上可以通過影響轉子回路電阻的阻值大小顯現出來，故對于轉子回路的在線監測還可以通過回路電阻變化的監測來實施。對各個方面因素的綜合考慮和現有數據的情況下，可以采用建立模型和利用數理統計的方法，提出一種在線監測實施的新思路，目前在這方面內已經有比較專業的研究。從回路電阻的角度來看，整個回路電阻有減小的趨勢。不論是轉子引線的斷裂還是轉子匝間短路的故障，都可在轉子回路電阻大小變化之間體現出來。對于轉子回路實施監測，也就是對回路整體電阻變化的監測.它是以溫度的形式來反映，一般通過對回路電阻的測量經換算得到，它是一種平均溫度的表現。由于光憑測量的結果并不能說明問題的實質，因為測量電阻的同時可能已存在故障現象，而對于故障的出現并未有評判的依據，只能根據測量前后所得的值加以比較得出較為模糊的結論。為了獲得這種判別標準，主要是通過實驗數據為基礎深入分析故障發生時發電機所處的各種工況因素，選擇用逐步回歸分析法建立穩態數學模型，以期獲得在一定工況條件下，轉子回路溫度變化的模型，以此為基礎，結合數理統計方面的內容，求出在一定置信水平下，轉子回路電阻(溫度)波動的大致范圍。并以此為上下限的標準去評判實際測量的結果，從而得出相應的結論。這種方法是針對回路的平均溫度而言，也是對測量轉子平均溫度提出一種新的思路。在轉子回路局部溫度測量方面，采取對應布點測量，數據通過紅外光形式進行傳輸的方式，這主要綜合考慮現場測量所處的工作環境和數據傳輸的幾種方式而提出的，在實際中有很強的針對性和適用性。綜合上述兩個方面形成對轉子回路整體和局部的監測。4 結束語發電機運行在線監測與故障診斷技術是較近十幾年發展起來的，它能及時監測出發電機內部的隱患，避免意外災難性事故的發生，減少強迫停機次數和延長電機大修間隔，從而顯著提高發電機運行的安全性和經濟性.發電機轉子回路的在線監測主要是針對發電機的轉子一個方面而言。由于轉子回路這一部分所發生的故障可能在發電機當時運行時所引起的后果并不一定較為嚴重，只有當故障現象積累到一定程度，才會引發質的突變，產生嚴重的事故。本文通過對發電機轉子故障分析，說明發電機轉子在線監測的重要意義。#p#分頁標題#e#