孙盼盼
[摘 要]发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，发电机定子绕组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，其平衡与否直接影响发电机组机的安全稳定运行。本文针对2013年4月份某厂#4机大修修中试验发现发电机定子三相直流电阻不平衡问题，分析了定子绕组直流电阻不平衡的原因及查找方法和端部绕组焊接修复方法，对使用同类型设备的单位具有借鉴意义。
[关键词]发电机；定子；直流电阻；断股；虚焊
中图分类号：TM934.12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0029-02
[Abstract]The generator is converted to other forms of energy into electrical energy machinery and equipment， generator stator winding DC resistance changes mainly reflect the joint problem of quality defects such as welding off shares， tin and solder welding， its balance and not directly affect the safe and stable operation of generator set engine. In 2013 April I plant #4 machine overhaul repair test found that the DC resistance of generator statorhree-phase unbalance， analyzes the welding repair method of stator winding DC Resistance Unbalance and searching methods and end winding， which is of great significance to use the same type of equipment unit.
[Key words]Generator； stator； DC resistance； off shares； weld
1 概述
某公司3、4號机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。该机由600MW汽轮机拖动，励磁系统采用机端变静止励磁控制系统。发电机采用密闭循环通风系统——水氢氢方式：定子绕组采用水内冷，转子绕组为气隙取气铣孔斜流氢内冷，铁芯和结构件为氢表面冷却。发电机定子绕组由绝缘的线棒组成，安装在定子铁心槽内，将线棒端部相连构成线圈，通过并联环连接成相应的相带。
DL/T 5961996《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。从2009年投产以后，#4号机运行良好，在2013年4月份A级检修中发现B直流电阻偏大，相间互差4.73%。《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。
2 测量发电机定子绕组直流电阻的意义
发电机直阻测试是发电机大修时的必备试验。由于端接头接触电阻与端接头的焊接方法和焊接工艺不良，在发电机组运行一段时间后，由于长时间定子绕组温度高，端部绕组受发电机机体振动及其内部可能存在虚焊、开焊情况，根据Q=I2Rt，在额定电流下，接触电阻增大的接头会产生局部发热，如此长期运行，绝缘材料便会逐渐热老化。热老化的象征大多为绝缘颜色逐渐变为焦黑，失去弹性，变硬、变脆，发生龟裂，机械强度降低，严重者受振动即剥裂、掉落，进而造成事故。
为了防止端接头电阻增大，我们每次大修时都要测量绕组的直流电阻，必要时还要测量端接头接触电阻。绕组直流电阻值在校正了由于引线长度不同而引起的误差后，相互间差别与初次（出厂或交接时）测量值比较，相差不得大于最小值的1.5%，超出要求者则应查明原因。
若绕组直流电阻增大，有可能是端接头接触电阻增大，实际上表明某些端接头在运行中受电、热和机械力的作用而发生了变化，导致该接头的接触电阻增大。
3 定子绕组线棒接头开焊故障的检测及实例
3.1 线棒端部直阻变化分析
某公司#4发电机是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。额定容量733.33MVA，额定功率660MW，额定电压20000V，额定电流21170A。发电机定子绕组由绝缘的线棒组成，线棒分上下两层，安装在定子铁心槽内，线棒分上下两层，将线棒端部相连构成线圈，通过并联环连接成相应的相带。
在#4机A修中，在进行发电机定子线圈直流电阻值测试时，发现此次测量结果不合格，在现行的DL/T596《电力设备预防性试验规程》中规定：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。endprint
正常来讲，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，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。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。如某公司#4号机A修期间，远大于试验规程标准1.5%（表1）。
3.2 进行外观检查
#4发电机组大修开始后将发电机转子抽出，立即仔细检查定子绕组汽端和励端端部的弓形引线、端部接线拉紧楔、进出线并联垫块处附近有无过热、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。但外观并未显示任何异常。
3.3 直流电桥检查及数据分析
进行发电机定子直流电阻测试。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。具体操作：将QJ44（指针式直流双臂电桥比数字式直流双臂电桥直观，建议使用指针式双臂电桥） 直流双臂电桥的电流和电压端子线按要求接线，连接到V相的第2分支V1″V2′。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V相第2分支的上下层线棒的28个焊接头，均未观察到电桥上的检流计有反应，说明这28处焊接头焊接质量良好。当敲击励端的相接头时VV2′时，检流计反应灵敏，即找到了开焊故障接头。
4 定子绕组端部开焊接线头修复
4.1 用螺丝刀、木榔头等工具将线棒鼻部的绝缘盒及环氧树脂填料去除，并取下励端端绕组绝缘盒后，发现上下层线棒的接头严重发热，有明显的脱焊现象。（注意扒绝缘层时避免伤及线棒和绝缘引水管）
4.2 用无水酒精或丙酮对裸露铜线、线棒与绝缘盒搭接面等处进行清洗。同时用超声波探伤再次确定此处确实为开焊位置。
4.3 拆除绝缘该接头的绝缘引水管夹件，将绝缘引水管去掉
4.4 沿定子整圆在上、下层线棒之间以及相邻线棒间用石棉布塞紧，防止焊料掉入铁芯槽内，用气焊将开焊位置接头多股跨接铜线去掉
4.5 结合发电机厂家处理方案更换多股跨接铜，并由哈电厂家专业焊工采用锡焊技术对该跨接线重新焊接，接头焊接完毕后，用锉刀、砂布清除焊接头表面焊料、焊瘤及氧化物，使焊接头呈显本色，再用丙酮或无水酒精、白布擦洗干净后进行焊接质量检查，接头处焊缝外观光滑饱满，端面无过烧疏松物；用超声波探伤仪对焊口进行探伤检查，确定焊接质量良好
4.6 焊好后，再次对定子绕组直流电阻进行测量、测量合格，测量数据如表2：
4.7 将绝缘引水管回装后，做定冷水水压试验，试验水压0.5MPa，试验时间8小时无渗漏
4.8 修复开焊接头绝缘层：用酒精清洗硅橡胶绝缘盒，用白布擦干后装配绝缘盒。若不能满足时应在主绝缘加包环氧桐马玻璃粉云母带，每层刷室温固化胶。装绝缘盒时，应在绝缘盒套入线棒接头后，先用2 mm厚的环氧树脂板和环氧树脂与聚酰胺树脂混合做粘合剂，封好绝缘盒底部大口处与线棒间的大空隙。有些绝缘盒从中间剖开才能套入线棒接头，此时应用环氧树脂与聚酰胺树脂混合做粘合剂将合缝粘好，不留缝隙，等环氧树脂与聚酰胺树脂混合粘剂固化后，把绝缘盒调正，然后用环氧泥将绝缘盒底部大口处与线棒间的缝隙密封，环氧泥固化后即可进行绝缘填料灌注。灌注时注意速度不能太快，以使盒内气泡慢慢排出。在上下两瓣绝缘盒内分别填约0.5 kg的环氧树脂填料，并均匀分布在盒内，然后将绝缘盒扣在线圈鼻部，两瓣扣紧后必须有填料从绝缘盒的两端挤出，确认盒内填料填充满后，再用工具夹板夹紧绝缘盒。绝缘盒处用环氧树脂填料修成长方形，然后套上硅橡胶锥套，锥套内的填料要充实。绝缘盒与线棒主绝缘搭接处用填料填实作成斜面，不得有残留缝隙，再用涤玻绳进行绑扎紧固，并涂环氧胶进行固化。
4.9 用碘钨灯对更换的绝缘盒鼻端及绑扎的涤玻绳进行干燥、固化以防止绝缘盒受潮造成泄漏电流大
5 定子绕组端部接线头修复后的试验
经过处理的鼻端绝缘做局部泄漏电流试验，数据与修前及标准比较，合格。见表1。试验方法：绕组导体接地，绝缘盒与线棒搭接处表面包锡薄。测试棒探钍悬空，直流电压升到2倍额定电压时分别取点测量空载泄漏电流。试验电通过测试棒探针施加于测量电极，读取稳定的泄漏电流值，《规程》规定泄漏电流不大于20μA。发电机直流耐压试验及泄漏电流测量（转子穿入后）使用仪器：ZV/T发电机直流耐压仪，测量数据表3.
6 反事故措施
1.加强机组的运行监视，对水氢氢冷机组，发现问题立即查明原因，及时处理。
2.检修中应仔细检查接头，如有发空，就剥开检查、处理，认真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。
3.繼续推广锡焊接头改银焊工艺。
4.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。
5.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。
6.大机组可考虑装设定子线棒导线断股在线监测装置。
7 结论
在我公司#4机组A级检修中发现V相直流电阻不平衡，采用直流双臂电桥测量外加敲击焊接头的检查方法，顺利找到定子绕组端部开焊位置，并对端部绕组焊接修复，从而消除了重大缺陷，为机组安全稳定运行提供了保证。
参考文献
[1] DL/T 5961996，电力设备预防性试验规程.
[2] 发电机故障检查分析与预防[M].北京：中国电力出版社，1996.
[3] 大唐许昌龙岗发电有限责任公司企业标准3、4号机检修工艺规程.endprint
