宋文寰
摘要：本文分析了某电厂发电机定子三相直流电阻不平衡的原因，采用直流电桥监测法，顺利找到焊接断头位置，成功消除了一起接头焊接不良的缺陷。
关键词：发电机；定子；故障诊断；断股；虚焊
DL/T5961996《电力设备预防性试验规程》(《规程》)中规定：发电机大修时，必须测量定子绕组的直流电阻，绕组焊接前后各测一次，出口短路后测一次。其目的为：有效地分析和判断接头焊接质量及鼻部接头因填充不好、松散振动而产生的断股；发现因定子绕组端部及引线切向和径向振动而产生的疲劳断股、导线换位编花处因应力集中电磁力作用及松散导线相互摩擦而产生的磨断和疲劳断裂。
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、脱锡和虚焊等问题。虽然线棒端头已采用了银焊和磷铜焊，空心扁铜线与过渡接头已采用了感应钎焊，并采用了无焊剂钎料和焊后彻底清理工艺，基本消除了接头开焊和焊接不良的缺陷。但是因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，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。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接头虚焊和股线应力集中处的断股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。在大修中测量各相和各分支间的直流电阻时，发现相间最大互差达到3.93%，分支最大互差达到7.79%，与历史大修数据相比互差达到2.64%。《规程》要求：汽轮发电机定子绕组各相或各分支的直流电阻值，在校正了由于引线长度不同而引起的误差后，相互间差与初次（出厂或交接时）测量值比较，相差不得大于最小值的1.5%，超出要求者，应查明原因。由此说明定子绕组存在直流电阻不平衡的缺陷。
一、定子绕组线棒导线断股及接头开焊故障的检出方法
（一）外观检查法
仔细检查定子端部的弓形引线、过渡引线、进出线并联垫块处、引水管接头附近有无过热、变色、焦枯、松动、磨损、流胶、流锡现象，对有疑点的接头，要剥开绝缘，检查整个焊接表面的脏污和凹痕情况，可利用金属丝或螺丝刀，检查判断焊接缺陷是在外表面还是穿过整个焊接头透孔。
（二）直流电桥检查法
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，可准确判断虚焊或脱焊的位置。该方法简单、实用，快速、准确。若经过敲击，直流电阻仍然偏大，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。若仍然不行，可采用分段优选法，即将故障相绕组按1/2、1/4、1/8、…分段，剥开接头绝缘，测量每段直流电阻，对比分析，筛选出故障绕组。该方法对高压电动机定子绕组断股定位和励磁机电枢开焊定位同样适用。
（三）直流压降法
将备用励磁机或直流电焊机电流通入定子故障相绕组，电流不得超过20%定子额定电流，预热0.5～1h后，开始测量并比较判断，可以剥开接头绝缘，也可以钻孔刺针测压降。缺点是需抽出转子，数据分散性大，麻烦费时，测量完毕需做绝缘处理，现场一般不用。
（四）静态、电流加热红外监测法
一般电厂校验电流互感器均使用大电流发生器对定子绕组缺陷相进行电流加热，电流密度在80％～100％的额定范围，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。超出平均温升较高的接头，应结合其他方法进一步测试、诊断。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，不能盲目剥开渐开线。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(80℃)。
（五）涡流探测仪监测法
制造厂对空心线棒接头寻找整块并头套焊接头缺陷时使用，现场一般不用。
（六）动态三相短路温度法
特殊场合使用，现场一般不用。
二、故障案例
（一）发电机参数
发电机型号QF252，视在功率31250kVA，有功功率25000kW，额定电压6300V，额定电流2860A，功率因数0.8滞后，定子接线方式为YY，转子满载励磁电流367A，励磁电压181V，激磁方式为并励，旋转方向：反时针，冷却方式：空冷。
（二）定子绕组接头故障的检出过程
将QJ44直流双臂电桥的电流和电压端子线按要求接线，连接到W相的第2分支W1″W2′。按测量顺序，测出偏大的直流电阻值并停留在测量位置，用胶皮锤轻轻地分别敲击汽、励两端W相第2分支的20个焊接头和相头的WW1″焊接头，均未观察到电桥上的检流计有反应，说明这21处焊接头焊接质量良好。当敲击相尾的W2′分支第54槽焊接头时，检流计反应灵敏，即找到了开焊故障接头。剥开绝缘后发现2根扁铜股线虚焊，用银焊补焊后，再用54381环氧粉多胶粉云母带半迭包8层，最后用涤纶带包绕外层和浸漆干燥，成功地检出并处理了焊接头故障。
三、反事故措施
（一）加强机组的运行监视，对于空冷机组，一旦闻到焦味，立即查明原因，及时处理。
（二）检修中应仔细检查接头，如有发空，应剥开检查、处理，认真测量定子各相或各分支间直流电阻，相间和历年的直流电阻差均不超过1%，超出时，应查明原因，及时处理。
（三）加强工艺管理及人员培训，除确保焊接质量外，焊后应对溶剂进行彻底清理。
（四）继续推广锡焊接头改银焊工艺。
（五）改进并加强定子端部与槽口绕组固定结构，使线棒铜导体与绝缘在运行时承受的振动值不超过允许极限值。
（六）制造厂应改善和提高定子线棒的胶化和成型工艺，确保运行中不松散，主绝缘与股间绝缘之间不分离、不脱壳、无气隙。
（七）大机组可考虑装设定子线棒导线断股在线监测装置。
四、结论
采用直流双臂电桥测量外加敲击焊接头的检查方法，对发电机、高压电动机的定子绕组，励磁机、直流电动机的电枢绕组，变压器高、低压绕组直流电阻不平衡引起的故障，都非常灵敏、快速、有效，而且简单、实用，可以说是电气设备导电回路不完整性故障定位和检出的首选方法。
参考资料
李伟清，王绍禹.发电机故障检查分析与预防［M］.北京：中国电力出版社，1996.
DL/T5961996，电力设备预防性试验规程［S］.
山西省电力工业局.电机检修高级工［M］.北京：中国电力出版社，1982.