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摘要：介绍了四川东方电机股份有限公司生产的某600MW氢冷发电机转子故障情况，分析了该型号发电机在运行及检修中出现转子滑环碳刷电流不均匀，转子绕组匝间短路，转子护环内绝缘块脱落，转子气密试验不合格等故障的原因，并对其分别提出相应的处理方案和防护措施，对同类型发电机转子故障处理有一定参考价值和借鉴作用。
关键词：600MW发电机；转子；滑环；故障；匝间短路
作者简介：王玉炯（1967-），男，山东邹城人，华电国际邹县发电有限公司，高级技师；刘熹（1986-），男，山东邹城人，华电国际邹县发电有限公司，助理工程师。（山东 邹城 273522）
中图法分类号：TM307 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0227-02
邹县发电厂#6发电机型号：QFSN-600-2，额定功率为600MW，冷却方式为水氢氢，额定工作氢压为0.414MPa，励磁方式：全静止可控硅机端自并励，由东方电机股份有限公司生产，自1998年1月投入商业运行，安全运行已有十余年。2011年4月，在#6机投产以来的第三次大修中，发现发电机转子在运行中滑环碳刷电流不均匀，转子中心孔气密试验不合格，转子第8槽线棒匝间短路及发电机转子护环内绝缘块脱落、松动等重大缺陷，经过大修对以上缺陷进行处理消除，取得了良好的效果，保证了发电机的安全有效运行。
一、转子滑环碳刷电流不均匀
机组在运行中，出现滑环碳刷电流不均匀现象。发电机励磁碳刷每个极上共有24只碳刷，正负极共48只。碳刷电流分布严重不均匀，有几只碳刷电流几乎为0～10A，个别碳刷的电流高达200A，滑环及碳刷发热达到120度左右。并且检测发现有400A左右的励磁电流没有经过刷辫，而是直接从刷握流过。碳刷电流不均匀现象的出现使机组的安全运行存在很大的隐患。
1.原因分析
（1）由于轴瓦油雾渗漏对碳刷造成污染，使碳刷接触电阻增大，引起碳刷电流分布不均匀。
（2）滑环表面光洁度高形成镜面效应。
（3）碳刷使用过程中电阻值逐渐增大；滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻增加，一方面使碳刷本身发热，另一方面使励磁电流分流到其他回路电阻小的碳刷上，同时使其他碳刷的电阻发热增加。电流平衡被破坏，碳刷间电流重新分配，每个碳刷的电流差别增大。
2.处理情况
在发电机检修中，拆除刷架后，检查发现滑环表面光洁，无明显凸凹不平现象与划痕，测试滑环的椭圆度为40μm，符合不大于50μm的工艺标准。同时对发电机刷握压簧进行了检查，测试压簧压力分布在1.7kg左右，与新刷握压簧压力大小基本一致。为减小环境因素的影响，进一步对发电机滑环进行彻底清理，避免粉尘、油污的污染。然后在复装阶段对刷握和滑环间隙、轴瓦和挡油盖间隙进行了仔细调整。特别于本次大修中对发电机滑环极性倒接母排进行了改造，解决了发电机长期因无法进行极性倒接引起的负极损耗问题。
3.防范措施
（1）定期对发电机滑环、碳刷、滤网进行清理，以免在滑环处积灰，防止碳粉堆积造成通风不良。同时在发电机检修时，重点检查滑环附近的积灰情况及轴瓦是否漏油，并将发电机端盖揭开对滑环进行吹灰及清洗。
（2）检查刷握与滑环、刷握与碳刷之间间隙是否调整合适，太大会造成碳刷卡涩而影响碳刷电流的均匀分配。
（3）运行期间加强碳刷的管理，定期对碳刷进行检查和更换，新碳刷使用前，必须按照滑环外圆尺寸认真进行适形研磨，尽量保证刷与滑环的接触面能达到75%以上，并及时更换滑环刷架上已经被磨短的碳刷。
（4）加强对发电机#8轴瓦及密封瓦的维护，防止轴瓦漏油，油污与碳粉混合在一起不仅会影响滑环的散热效果，导致滑环与碳刷接触不良，还会导致滑环的绝缘降低，甚至损坏滑环。
（5）运行中加强对氢油压差的控制，避免压差过大导致渗油，污染滑环。
（6）每隔1～2年对发电机滑环正负极性进行倒换，保持两侧滑环具有相等的磨损量。
（7）加强运行设备的巡检力度，定期用红外线测温仪及钳形电流表进行测量，做好记录，保证滑环温度不超过120℃，碳刷温度不超过85℃，使碳刷电流分布均匀。
二、转子绕组匝间短路
在进行#6发电机电气转子匝间短路试验过程中，发现转子线棒存在匝间短路缺陷。一般转子绕组产生匝间短路后，虽不像转子接地故障那样严重影响发电机安全运行，但继续发展后，逐步会使发电机无功出力降低，引起机组振动剧烈、转子电流增加及绕组温度升高等，也可能由于突发性匝间短路产生的电弧烧损对地绝缘进而发展成接地故障。严重时会因短路点局部过热导致转子线棒变形、绝缘烧毁接地、大轴磁化、转子烧损等事故的发生，所以对发电机转子匝间短路故障必须高度重视。
根据试验数据分析，初步判断匝间短路位置在发电机转子第8槽线圈靠近汽端处，根据实际制定了扒发电机护环处理方案措施。扒下汽端转子护环后，退出发电机转子槽楔，准确找到了发电机转子线圈匝间短路的位置，位于外环极第#8槽线圈，在线圈里面第5与第6匝之间，发现有两个短路点。如图1所示。
1.原因分析
（1）短路点出现的主要原因为转子绕组在第5-6匝间存在高点，加之发电机转子槽楔结构的特性，每一次开停机时匝间绕组在离心力及机械冲击和铜铁冷热温差的作用下，会使发电机转子绝缘与铜导线间发生相对位移。长期的作用会使发电机转子匝间绝缘发生磨损，造成发电机转子线棒产生匝间短路。
（2）如果通风孔里面毛刺清理不干净，或机械加工及装配时在发电机转子线圈上遗留有微小金属异物，将刺穿发电机转子匝间绝缘片（厚度为0.30mm）。
（3）转子各线圈间绝缘垫条松动，在运行中受各种力的综合作用，垫条在转子线圈边缘做往复运动，由于线圈侧面裸露，相邻垫块间往复运动产生的铜屑粉末导致匝间绝缘发热，长时间过热使绝缘层烧坏炭化，引起永久性的匝间短路。 2.处理情况
扒下发电机汽端护环，发现转子线圈匝间短路的准确位置在外环极#8线圈第5与第6匝之间，有两个短路点。第1点距汽端本体端面距离为900mm，第2点距汽端本体端面距离为1430mm，两处短路点距离为530mm。截去两短路点之间的一段已局部碳化而且已烧到穿孔的匝间垫条（长度约600mm），对铜导线做砂光处理，重新垫入新垫条（长约700mm，两端与旧垫条搭接约50mm）。考虑到相邻匝（即6-7匝）对应于短路部位的匝间垫条有过热的痕迹，增加一层匝间垫条（长约250mm）作补强之用。同时将转子护环内层绝缘瓦和外层绝缘瓦全部更新，而其他零部件采用原件。在护环复装后进行发电机转子匝间短路试验，试验结果符合标准。
3.防范措施
（1）在机组检修期间要做好防异物控制，防止异物进入转子通风孔内部。
（2）发电机转子线棒复装时检查每匝线棒打磨的平整度，并消除毛刺。
（3）机组检修中严格按照试验规程要求进行，因为发电机转子绕组匝间短路是一种不可轻视的故障，机组大修时应认真进行发电机转子匝间短路试验，查找历次试验记录并纵向比较，不放过任何异常数据，而且详细记录每一次试验结果。
（4）加强对发电机设备运行中的巡视检查，运行中对发电机转子电流进行在线监视和对发电机振动进行测量，出现异常进行报警，且每次开机时做交流阻抗试验。结合发电机的大、小修（不拔发电机大护环的情况下），检查发电机转子的通风孔有无异物进入。
三、发电机转子护环内绝缘块脱落
在#6发电机大修中，解体发电机发现汽侧定子膛下部有一转子端部支撑块，而转子护环内部两侧绝缘块均发现有倾斜、松动现象，扒开护环后发现励侧有一块绝缘件卡在第二、三线匝之间，少量纵向绝缘垫块断裂。
1.原因分析
东方电机厂于2009年前生产的发电机转子，其护环内绝缘块均存在设计缺陷，使用同型号发电机的多家电厂发生转子护环内绝缘块松动、脱落现象。如图2所示。
2.处理方案
扒下发电机转子护环，更换全部转子护环内层绝缘瓦和外层绝缘件，采用了东方电机厂新的设计工艺，用整块绝缘块进行固定，避免了绝缘块再次松动脱落。
3.防范措施
利用大修时间对转子绝缘块工艺进行升级处理，从根本上解决因材料、工艺等引起的设计缺陷问题，同时提高检修项目标准，每一次检修时采用内窥镜等辅助工具对发电机转子大护环内绝缘件进行重点检查，发现异常及时进行处理。
四、转子气密试验不合格故障分析及处理
发电机转子气密试验是检验发电机转子导电螺杆的严密性。在大修期间对该发电机进行转子气密试验过程中，当对发电机转子中心孔通入0.6MPa压力的高纯氮气进行检验时，发现短时间内气体压力下降较快，后通过用无水酒精在导电螺钉位置进行检测，发现导电螺钉处存在有漏气现象。
1.原因分析
拆开转子滑环导电螺钉螺帽，检查发现内环导电螺钉偏离孔中心约2mm，致使密封垫压偏，气体逸出，导致导电螺钉密封不良。
2.处理情况
把导电螺钉导电压板及螺帽拆除掉，将导电螺钉旋出，更换新的密封胶垫，重新涂抹硅橡胶密封胶，复装后在0.6MMa高纯氮气压力下，保持6小时无泄露，转子中心孔气密试验合格。
3.防范措施
重视对发电子转子气密试验结果的分析，出现细微异常应引起警惕，对不合格问题进行排查分析并处理。在机组投运后定期加强对滑环处氢气含量的测量，发现异常及时处理。
五、结束语
由于氢冷发电机的转子结构复杂，缺陷隐蔽性大，以及因制造工艺、运行、维护等原因，时有发生故障的可能，所以在机组检修中要严格执行检修工艺纪律，保证检修质量，提高检修工艺水平。同时加强技术监控管理，做到精细化检修，才能保证发电机安全、经济、高效运行。
参考文献：
[1]马宏忠.电机状态检测与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]李伟清，等.发电机故障检查分析及预防[M].北京：中国电力出版社，1996.
关键词：600MW发电机；转子；滑环；故障；匝间短路
作者简介：王玉炯（1967-），男，山东邹城人，华电国际邹县发电有限公司，高级技师；刘熹（1986-），男，山东邹城人，华电国际邹县发电有限公司，助理工程师。（山东 邹城 273522）
中图法分类号：TM307 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）33-0227-02
邹县发电厂#6发电机型号：QFSN-600-2，额定功率为600MW，冷却方式为水氢氢，额定工作氢压为0.414MPa，励磁方式：全静止可控硅机端自并励，由东方电机股份有限公司生产，自1998年1月投入商业运行，安全运行已有十余年。2011年4月，在#6机投产以来的第三次大修中，发现发电机转子在运行中滑环碳刷电流不均匀，转子中心孔气密试验不合格，转子第8槽线棒匝间短路及发电机转子护环内绝缘块脱落、松动等重大缺陷，经过大修对以上缺陷进行处理消除，取得了良好的效果，保证了发电机的安全有效运行。
一、转子滑环碳刷电流不均匀
机组在运行中，出现滑环碳刷电流不均匀现象。发电机励磁碳刷每个极上共有24只碳刷，正负极共48只。碳刷电流分布严重不均匀，有几只碳刷电流几乎为0～10A，个别碳刷的电流高达200A，滑环及碳刷发热达到120度左右。并且检测发现有400A左右的励磁电流没有经过刷辫，而是直接从刷握流过。碳刷电流不均匀现象的出现使机组的安全运行存在很大的隐患。
1.原因分析
（1）由于轴瓦油雾渗漏对碳刷造成污染，使碳刷接触电阻增大，引起碳刷电流分布不均匀。
（2）滑环表面光洁度高形成镜面效应。
（3）碳刷使用过程中电阻值逐渐增大；滑环氧化膜太厚，使碳刷接触电阻增加，一方面使碳刷本身发热，另一方面使励磁电流分流到其他回路电阻小的碳刷上，同时使其他碳刷的电阻发热增加。电流平衡被破坏，碳刷间电流重新分配，每个碳刷的电流差别增大。
2.处理情况
在发电机检修中，拆除刷架后，检查发现滑环表面光洁，无明显凸凹不平现象与划痕，测试滑环的椭圆度为40μm，符合不大于50μm的工艺标准。同时对发电机刷握压簧进行了检查，测试压簧压力分布在1.7kg左右，与新刷握压簧压力大小基本一致。为减小环境因素的影响，进一步对发电机滑环进行彻底清理，避免粉尘、油污的污染。然后在复装阶段对刷握和滑环间隙、轴瓦和挡油盖间隙进行了仔细调整。特别于本次大修中对发电机滑环极性倒接母排进行了改造，解决了发电机长期因无法进行极性倒接引起的负极损耗问题。
3.防范措施
（1）定期对发电机滑环、碳刷、滤网进行清理，以免在滑环处积灰，防止碳粉堆积造成通风不良。同时在发电机检修时，重点检查滑环附近的积灰情况及轴瓦是否漏油，并将发电机端盖揭开对滑环进行吹灰及清洗。
（2）检查刷握与滑环、刷握与碳刷之间间隙是否调整合适，太大会造成碳刷卡涩而影响碳刷电流的均匀分配。
（3）运行期间加强碳刷的管理，定期对碳刷进行检查和更换，新碳刷使用前，必须按照滑环外圆尺寸认真进行适形研磨，尽量保证刷与滑环的接触面能达到75%以上，并及时更换滑环刷架上已经被磨短的碳刷。
（4）加强对发电机#8轴瓦及密封瓦的维护，防止轴瓦漏油，油污与碳粉混合在一起不仅会影响滑环的散热效果，导致滑环与碳刷接触不良，还会导致滑环的绝缘降低，甚至损坏滑环。
（5）运行中加强对氢油压差的控制，避免压差过大导致渗油，污染滑环。
（6）每隔1～2年对发电机滑环正负极性进行倒换，保持两侧滑环具有相等的磨损量。
（7）加强运行设备的巡检力度，定期用红外线测温仪及钳形电流表进行测量，做好记录，保证滑环温度不超过120℃，碳刷温度不超过85℃，使碳刷电流分布均匀。
二、转子绕组匝间短路
在进行#6发电机电气转子匝间短路试验过程中，发现转子线棒存在匝间短路缺陷。一般转子绕组产生匝间短路后，虽不像转子接地故障那样严重影响发电机安全运行，但继续发展后，逐步会使发电机无功出力降低，引起机组振动剧烈、转子电流增加及绕组温度升高等，也可能由于突发性匝间短路产生的电弧烧损对地绝缘进而发展成接地故障。严重时会因短路点局部过热导致转子线棒变形、绝缘烧毁接地、大轴磁化、转子烧损等事故的发生，所以对发电机转子匝间短路故障必须高度重视。
根据试验数据分析，初步判断匝间短路位置在发电机转子第8槽线圈靠近汽端处，根据实际制定了扒发电机护环处理方案措施。扒下汽端转子护环后，退出发电机转子槽楔，准确找到了发电机转子线圈匝间短路的位置，位于外环极第#8槽线圈，在线圈里面第5与第6匝之间，发现有两个短路点。如图1所示。
1.原因分析
（1）短路点出现的主要原因为转子绕组在第5-6匝间存在高点，加之发电机转子槽楔结构的特性，每一次开停机时匝间绕组在离心力及机械冲击和铜铁冷热温差的作用下，会使发电机转子绝缘与铜导线间发生相对位移。长期的作用会使发电机转子匝间绝缘发生磨损，造成发电机转子线棒产生匝间短路。
（2）如果通风孔里面毛刺清理不干净，或机械加工及装配时在发电机转子线圈上遗留有微小金属异物，将刺穿发电机转子匝间绝缘片（厚度为0.30mm）。
（3）转子各线圈间绝缘垫条松动，在运行中受各种力的综合作用，垫条在转子线圈边缘做往复运动，由于线圈侧面裸露，相邻垫块间往复运动产生的铜屑粉末导致匝间绝缘发热，长时间过热使绝缘层烧坏炭化，引起永久性的匝间短路。 2.处理情况
扒下发电机汽端护环，发现转子线圈匝间短路的准确位置在外环极#8线圈第5与第6匝之间，有两个短路点。第1点距汽端本体端面距离为900mm，第2点距汽端本体端面距离为1430mm，两处短路点距离为530mm。截去两短路点之间的一段已局部碳化而且已烧到穿孔的匝间垫条（长度约600mm），对铜导线做砂光处理，重新垫入新垫条（长约700mm，两端与旧垫条搭接约50mm）。考虑到相邻匝（即6-7匝）对应于短路部位的匝间垫条有过热的痕迹，增加一层匝间垫条（长约250mm）作补强之用。同时将转子护环内层绝缘瓦和外层绝缘瓦全部更新，而其他零部件采用原件。在护环复装后进行发电机转子匝间短路试验，试验结果符合标准。
3.防范措施
（1）在机组检修期间要做好防异物控制，防止异物进入转子通风孔内部。
（2）发电机转子线棒复装时检查每匝线棒打磨的平整度，并消除毛刺。
（3）机组检修中严格按照试验规程要求进行，因为发电机转子绕组匝间短路是一种不可轻视的故障，机组大修时应认真进行发电机转子匝间短路试验，查找历次试验记录并纵向比较，不放过任何异常数据，而且详细记录每一次试验结果。
（4）加强对发电机设备运行中的巡视检查，运行中对发电机转子电流进行在线监视和对发电机振动进行测量，出现异常进行报警，且每次开机时做交流阻抗试验。结合发电机的大、小修（不拔发电机大护环的情况下），检查发电机转子的通风孔有无异物进入。
三、发电机转子护环内绝缘块脱落
在#6发电机大修中，解体发电机发现汽侧定子膛下部有一转子端部支撑块，而转子护环内部两侧绝缘块均发现有倾斜、松动现象，扒开护环后发现励侧有一块绝缘件卡在第二、三线匝之间，少量纵向绝缘垫块断裂。
1.原因分析
东方电机厂于2009年前生产的发电机转子，其护环内绝缘块均存在设计缺陷，使用同型号发电机的多家电厂发生转子护环内绝缘块松动、脱落现象。如图2所示。
2.处理方案
扒下发电机转子护环，更换全部转子护环内层绝缘瓦和外层绝缘件，采用了东方电机厂新的设计工艺，用整块绝缘块进行固定，避免了绝缘块再次松动脱落。
3.防范措施
利用大修时间对转子绝缘块工艺进行升级处理，从根本上解决因材料、工艺等引起的设计缺陷问题，同时提高检修项目标准，每一次检修时采用内窥镜等辅助工具对发电机转子大护环内绝缘件进行重点检查，发现异常及时进行处理。
四、转子气密试验不合格故障分析及处理
发电机转子气密试验是检验发电机转子导电螺杆的严密性。在大修期间对该发电机进行转子气密试验过程中，当对发电机转子中心孔通入0.6MPa压力的高纯氮气进行检验时，发现短时间内气体压力下降较快，后通过用无水酒精在导电螺钉位置进行检测，发现导电螺钉处存在有漏气现象。
1.原因分析
拆开转子滑环导电螺钉螺帽，检查发现内环导电螺钉偏离孔中心约2mm，致使密封垫压偏，气体逸出，导致导电螺钉密封不良。
2.处理情况
把导电螺钉导电压板及螺帽拆除掉，将导电螺钉旋出，更换新的密封胶垫，重新涂抹硅橡胶密封胶，复装后在0.6MMa高纯氮气压力下，保持6小时无泄露，转子中心孔气密试验合格。
3.防范措施
重视对发电子转子气密试验结果的分析，出现细微异常应引起警惕，对不合格问题进行排查分析并处理。在机组投运后定期加强对滑环处氢气含量的测量，发现异常及时处理。
五、结束语
由于氢冷发电机的转子结构复杂，缺陷隐蔽性大，以及因制造工艺、运行、维护等原因，时有发生故障的可能，所以在机组检修中要严格执行检修工艺纪律，保证检修质量，提高检修工艺水平。同时加强技术监控管理，做到精细化检修，才能保证发电机安全、经济、高效运行。
参考文献：
[1]马宏忠.电机状态检测与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2]李伟清，等.发电机故障检查分析及预防[M].北京：中国电力出版社，1996.