发电机转子绕组匝间短路故障分析与处理

山西漳山发电有限责任公司 刘涛

0 引言

在实际应用发电机设备进行发电的过程中，其内部的各环节都能够正常运转，才能实现发电机的最佳效能。基于此，发电机转子的机能十分重要，要分析发电机转子绕组匝间短路故障原因，则必须从发电机转子的基本构造以及运转机理着手来深入探究，并且，在明确了发电机转子绕组结构以后，有针对性地采取有效处理方案，令发电机转子绕组恢复高速运转。

1 发电机转子绕组匝间短路故障分析

通过长期研究以及实践操作可知，发电机转子绕组匝间发生短路故障十分常见，因此在实际工作中，就要针对此项内容做好事前准备，令发电机转子维持在相对正常的水平，从而实现发电机设备的有序运作。发电机转子的基本构造较为简单，转子在运行的过程中其周围会出现弱磁场，实际上，能够导致发电机转子绕组匝间出现短路故障的原因有很多，甚至工艺缺陷都极可能引发一场设备故障。所以，要不断总结使用发电机设备的经验，并尽可能避免出现影响发电子转子有序运转的不利因素。

1.1 浅析发电机转子的基本构造

通常情况下，发电机转子的转速极高，特别是汽轮发电机设备或发电机组设备，一旦运行起来则发电机设备内部就会产生一种磁场，并潜藏着较大的能量。发电机转子的构造中的核心是绕组匝，为了更好地固定绕组匝，大容量的发电机在制备的过程中被做成隐极式转子，表面上无法看出其磁极，但实际上一旦通电以后，转子外围的磁场强度较大。当发电机设备启动以后，在较高的转速下，发电机转子直径受到离心力的干扰，很可能会间接造成短路的情况。对此，如若能巩固发电机设备的效能，则可以适当增加转子的长度，在设计设备的时候就要把这一因素考虑进去，如汽轮发电机的转子就是一个细长的圆柱体构造[1]。这样的设计可以减少转子圆周上的线速度，避免转子上的部件由于高速旋转的离心作用而损坏，造成重大的恶性事故。随着发电机设备设计方案的日益改换，发电机转子的直径尽管已经尽量缩小，以便于在运转的过程中能够更为稳定，但发电机转子圆周上的线速度仍然可以达到180～250m/s，在当负载骤然减小时，转子会出现短时的增速，通常会发生在发电机设备骤停时，与此同时，转子外围圆周上的线速度会变得更大，所以要求转子的材料要有很好的机械强度，避免被破坏[2]。转子本体一般由高机械强度和导磁性能较好的合金钢锻成，并且和转轴做成一个整体。

1.2 造成发电机转子绕组匝间短路故障的主要原因

从以往的实践经验来看，能够造成发电机转子绕组匝间发生短路故障的原因有很多，而且，有时往往并不是一个原因导致的。经分析可知，主要的原因如下：

（1）发电机转子绕组固定得不够牢固

在启动发电机设备时，如若在使用前未做好各项检查，往往会因为电机转子绕组固定得不够牢固而导致垫块松动，进而造成发电机转子绕组匝间出现短路故障，影响发电机设备的正常运行。

（2）发电机转子绕组铜导线加工技术的实际应用存在缺陷

实际上，发电机转子绕组铜导线加工工艺并不复杂，但由于该设备在进行加工的过程中，质量把控不够严格，则很可能出现毛刺去除不彻底的情况，这样一来，就造成了发电机转子绕组匝间发生短路的现象[3]。可见，工艺细节处理得不够完善则直接影响发电机设备的运行效能。

（3）在离心力的作用下，发电机转子绕组发生移位

在发电机的运行过程中，由于发电机转子的运行速度过快，就可能会发生发电机转子绕组移位变形的情况，这与高速旋转过程中的离心力的作用有着密不可分的关联。发电机转子绕组的结构较为单一，因此，在离心力的影响下，就很容易发生变形，进而导致发电机转子绕组匝间的短路，使发电机设备运行搁浅。

总之，能够导致电机转子绕组匝间发生短路故障的原因有很多，除了以上提及的三点主要原因以外，还可能出现由于冷态启动后转子电流激增而导致转子变形的情况发生，进而影响发电机的运行。因此，在操作发电机设备的启动或停止指令时，则要格外注意转子绕组匝的相对运动状况是否稳定，而且匝与匝之间的接触面是否完好，未有出现设备部件破损的情况[4]。只有做好发电机设备的运行前检查以及应急故障处理，才能有效激发出发电机设备的应用潜能。

2 处理发电机转子绕组匝间短路故障的有效策略

随着我国各领域建设的日趋完善，科研领域以及实践管理对各项生产所需机械设备性能的研究也越发深入，尤其是大型工厂所需的发电机设备的维护及管理更加重视。大型发电机组设备是国内大中型企业维系基础产业发展的重要设备之一，它对启动与运行工况有着较高的要求。在实际应用的过程中，要采取有效策略来防止发电机设备出现故障，如若出现发电机转子绕组匝间短路故障，则需要及时采取有效策略来改进，以免出现更为严重的后果。

2.1 依据人工神经元网络的特点辅以检测发电机转子故障

实际上，在以往的研究资料中，可以查阅到有关检测并处理发电机转子绕组匝间短路故障的有效策略，将其应用到实践当中，可以有效改善发电机转子绕组匝的的运作效能。在实践中，根据发电机在正常运行和发生转子匝间短路故障时轴电压偶次谐波分量的不同反馈，并结合发电机转子绕组的实际运行状况，提出了轴电压偶次谐波法，并结合专家经验以及人工神经网络自适应等特点，对转子绕组匝间短路的存在性进行了诊断[5]。基于该项内容，对发电机转子绕组匝间短路故障的处理方法做进一步探索，在不干扰发电机正常运行的前提下，需要准确地测量发电机的机端参数，收集到合理参数以后，依据大量的样本以及人工神经元网络的特点，对故障状态做改善，弱化发电机运行时转子的离心力，从而保证转子外围电磁场的稳定。

2.2 处理发电机转子绕组匝间短路故障的可行性策略综述

通过对发电机转子绕组匝间短路故障的分析，以及对设备组件电磁特性的深入了解，可以明确这样一点问题，即在发电机电压及其负载量固定的前提下，有功不变时则无功相对被弱化。因此，即便不同构建复杂的数学模型，也可以得出发电机转子绕组匝间电磁作用的情况，并依据该结论来获取故障样本，从而凭借人工神经元网络策略对设备内部的短路故障进行诊断与处理[6]。

3 结束语

通过研究发电机设备的发电过程中，以及内部的各部位的运作机理，能够进一步明确发电机转子绕组匝间短路故障原因，即转子在高速运转的过程中易受到离心力的影响，再加上发电机转子绕组匝间的电磁特性较为突出，容易导致组件干扰，这便是导致发电机转子绕组匝间短路产生故障的根本原因。总而言之，对于发电机设备的实际运作而言，发电机转子的机能十分重要，因此，在明确了发电机转子绕组结构以后，对其故障进行科学化诊断，并根据不同的故障情况来采取有效处理方案，能够使发电机转子绕组恢复高速运转。

[1]张超,吴正国,王家林,等.同步发电机转子绕组匝间短路故障特征规律分析[J].高电压技术,2010(6):1509-1510.

[2]万书亭,张玉,胡媛媛.转子绕组匝间短路对发电机转子电磁转矩影响分析[J].电机与控制学报,2012(8):17-18.

[3]贾志东,张征平,夏英来,等.采用重复脉冲法诊断发电机转子绕组匝间短路故障[J].高电压技术,2012(11):2929-2930.

[4]张超,吴正国,侯新国,等.同步发电机转子绕组匝间短路故障特征传递规律[J].电力系统保护与控制,2011(14):52-57.

[5]武玉才,李和明,李永刚,等.在线检测发电机转子绕组匝间短路的新方法[J].高电压技术,2010(11):2699-2701.

[6]蒋云飞,杨宣访,张超.发电机转子绕组匝间短路的故障分析[J].电机与控制应用,2011(11):47-50.