大型汽轮发电机转子匝间短路原因分析及磁的影响

刘俊英



大型汽轮发电机转子匝间短路原因分析及磁的影响

刘俊英

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）

本文分析了大型汽轮发电机转子在生产过程中，产生匝间短路的原因。并着重探讨了转子剩磁和转子槽楔导磁率对转子匝间短路检测的影响，具体来说就是通过探测线圈用动态波形法检测匝间短路时，这些因素会将一个没有匝间短路的转子，非正常地检测到有匝间短路故障。

汽轮发电机；转子；匝间短路；剩磁；导磁率

0 前言

大型汽轮发电机转子在制造厂内生产时，可能会因为各种原因发生匝间短路。在检测到转子有匝间短路时要及时进行处理，保证产品的出厂质量。

根据本人在制造厂内多年的经验，本文介绍大型汽轮发电机转子发生匝间短路的原因，其中重点介绍由于转子剩磁及转子槽楔导磁率的影响，通过转子探测线圈用动态波形法检测匝间短路时，会把一个没有匝间短路的转子，非正常地检测到有匝间短路故障。

1 转子匝间短路发生的原因

转子匝间短路发生的原因比较复杂，一般情况下有以下几方面。

第一，转子线圈制造过程中质量的控制。转子线圈的材料是冷拉铜排，一般经过下料、加工孔、加工槽、去毛刺、弯形、成弧、加工端头、粘接匝间绝缘等多道工序制造成转子线圈，有的转子线圈还有加工转角、焊接等工序。转子线圈去毛刺工序十分重要，如果毛刺清理不彻底，会在转子线圈装配工作完成之后造成匝间短路。尤其在转子动平衡试验过程中，离心力会使转子线圈各匝之间更服帖，更容易出现动态匝间短路。

第二，转子线圈装配过程中质量的控制。转子线圈装配过程中焊接质量及焊后清理工作对于转子匝间短路控制是很重要的，避免焊接区域有高点，焊后清理保证转子端部没有杂质。如果各匝线圈之间存在焊接高点和杂质，会损坏转子匝间绝缘，引起匝间短路。另外，转子线圈装配时操作环境的管理对转子制造质量也是很关键的。转子线圈装配过程中如果有异物进入，会在转子匝间绝缘之间位置，也会在通风孔内、线圈与槽衬之间或端部线圈空间内，都会把两匝线圈搭接，从而造成匝间短路。

第三，转子匝间绝缘粘接质量的控制。转子匝间绝缘的粘接质量如果出问题，一般是出现在端部线圈，极个别出现在直线段线圈。转子匝间绝缘粘接问题之所以一般出现在端部，因为端部线圈的形状比较复杂，有直线段、转角段、弧部段，其中还夹着焊接区域。端部线圈形状很难与匝间绝缘形状保持完全一致，所以一般匝间绝缘都比转子线圈铜线宽度要略大且长度方向上匝间绝缘接缝部位也要严加控制质量。即使这样，一旦匝间绝缘不能把端部线圈平面完全覆盖，祼露铜的位置就会发生匝间短路。尤其是在转子动平衡试验过程中，离心力会使这些小面积的祼露铜发生动态匝间短路。

第四，转子结构件制造质量的控制。例如转子引线和1号励端底匝线圈的结构件，有时会因为制造质量问题与转子1号线圈碰到一起，如果是碰到1号线圈非临近引线一侧（就是临近1号第2匝位置），就会短接一匝线圈，造成匝间短路，尤其是转子动平衡试验过程，离心力使转子端部线圈形状发生变化之后，才能够发现这个问题。

第五，转子匝间绝缘的质量不会引起匝间短路，原因是转子匝间电压非常小，对于匝间绝缘材料本身来讲是没有问题的。我们曾做过一个试验，目的是为了排除匝间绝缘质量不佳引起匝间短路的可能性。试验方法是：在匝间绝缘平面上通过铜块施加压强400MPa，匝间绝缘压裂但没有断开的情况下，此时用250V摇表，把两个表针接到铜块上，通过铜块测量匝间绝缘的绝缘电阻是241GΩ。这个试验证明，转子匝间绝缘材料本身承受匝间电压是没有问题。

2 转子匝间短路在制造厂内的检测方法

国家标准《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》JB/T8446-2005中规定，转子匝间短路检测方法分为静止和旋转两种状态下进行。[1]

静止状态下可采用阻抗测量法，就是测量各极绕组间电压差值是否超过限定值，这一方法又可以直接测量两极电压分布或用开口变压器测量，制造厂内一般不用开口变压器测量。测量两极电压分布时，要给出各电压值曲线。

旋转状态下可以采用阻抗测量法和动态波形法，且以波形法为主。交流阻抗测量法要给出各转速下交流阻抗与转速关系曲线和额定转速下各电压值与交流阻抗关系曲线。波形法测量要给出转子波形曲线和测量偏差值。

3 转子剩磁对匝间短路的影响

我们在实际生产过程中，按JB/T8446-2005要求，转子优先采用动态波形法检测有无匝间短路，同时兼顾采用静态和动态两极电压法检测。

一般情况下，按以上方法检测转子匝间短路都很准确，但是个别时候由于转子剩磁的影响，会出现假态的匝间短路现象。

例如在2006年两个月时间内，我们运用动态波形法检测某个动平衡试验间内的所有转子时，转子均存在多点位置的匝间短路现象。转子经过反复检查、处理，确定转子线圈的制造质量和装配质量、转子匝间绝缘的粘接质量、匝间绝缘质量都没有问题。但是，此后再进行动平衡试验，问题仍然存在且位置不重复。检查转子剩磁时，发现剩磁非常大。把其中某一个有四处匝间短路的转子进行退磁处理，且不进行其他任何处理，再次进行动平衡试验，用动态波形法检测，匝间短路消失。按此方法，其他所有存在匝间短路的转子经退磁处理后，都一次性完成动态匝间短路检测试验。

转子剩磁影响匝间短路时，有一个非常明显的特点。就是把探测线圈移动位置后，再进行检测试验，测量的结果会发生变化，原来位置的短路点可能消失且会出现新的短路点。说明转子剩磁是不均匀的，所以会造成“匝间短路”的假象。

所有这些问题发生在一个固定的试验间的一个固定的时间段内，说明这段时间这个试验间出现了问题，经处理后这个试验间没有再发生这样的问题。

在发电机转子存在少量剩磁的情况下，应进行正、反向励磁两种情况的动态波形法测量。把得到的数据进行平均，一般情况下可以消除剩磁的影响。

4 转子槽楔导磁率对匝间短路的影响

2011年我们某台60 Hz汽轮发电机转子却出现超出以上所有原因种类的“匝间短路”，转子槽楔导磁率超标影响了动态波形法测定转子匝间短路结果。

现象是转子用动态波形法检测出有多处严重的匝间短路，但动态交流阻抗和动态两极电压及静态交流阻抗和静态两极电压都没有问题。根据2006年的经历，在整个过程中，我们始终监测转子剩磁，没有异常。而且每次用动态波形法测定转子匝间短路时，都采用正反向两次给励磁电流进行测定，平均采集数据以消除剩磁的影响。

表1是转子用动态波形法测量的数据，表2是把探测线圈从中间槽楔位置移到励端槽楔位置测量的数据，表3是把探测线圈从励端槽楔位置移到汽端槽楔位置测量的数据，表4是转子动平衡试验时测量的各转速下的两级电压和交流阻抗数据及额定转速下各电压值下两极电压和交流阻抗数据。图1是绕组交流电压不变时转子交流阻抗（Ω）与上升阶段转速（r/min）的关系曲线，图2是绕组交流电压不变时转子交流阻抗（Ω）与下降阶段转速（r/min）的关系曲线，图3是转速保持在额定转速时转子交流阻抗（Ω）与绕组交流电压（V）的关系曲线。说明一下，本发电机转子制造标准要求动态波形法测量数据差值不能大于2.08%，本转子每槽内的槽楔由三段不锈钢槽楔组成。

表1   

表2   

表3   

图1   

图2   

表4   

通过以上数据可以看出，虽然本台转子在试验过程中，均显示有多处严重的匝间短路，但分别在三段槽楔的对应位置用动态波形法测量的结果却截然不同。说明本台转子实际上是没有匝间短路的，是有不明因素在影响。同时，转子交流阻抗和两极电压试验数据也充分证明了转子的匝间绝缘状态是良好的，是没有匝间短路的。

图3   

通过磁铁吸转子槽楔能够找到这个问题的原因。转子不同位置的不锈钢槽楔对磁铁的反应不一致，有的槽楔能吸住磁铁显示一定的导磁能力，有的槽楔吸不住磁铁，说明转子不锈钢槽楔的导磁率不一致。导磁率符合要求的不锈钢槽楔吸不住磁铁，其对于探测线圈检测到的电磁波形的影响接近于空气。但导磁率超标的不锈钢槽楔影响了探测线圈检测到的波形，给出了不真实的测量结果。

进一步分析发现，本台转子的槽楔是不锈钢材料，是由两种工艺方法制造的，一种加工后直接使用，另一种加工后表面进行了喷砂处理再使用。两种制造方法不完全相同的槽楔，导磁率产生了差别。这两种槽楔混用后，带来了转子假“匝间短路”这样严重的后果。

转子槽楔导磁率超标带来的假“匝间短路”，有一个很明显的特点。短路点多，波形数据偏差比较大，探测线圈更换槽楔对应位置进行检测时数据会有变化。

5 结束语

本文分析了大型汽轮发电机转子在制造厂内生产制造过程中产生匝间短路的因素，以及转子匝间短路检测过程中磁的影响，得出了在匝间短路检测过程中转子剩磁及不锈钢槽楔导磁率对于检测结果有很大影响的结论。

[1] 隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法[S]. JB/T8446-2005.

The Causes of Inter-Turn Short Circuit of Large Turbo-generator Rotor and Influence of Magnetism

LIU Junying

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This paper analysis the cause of inter-turn short circuit phenomenon of large turbo generator during the manufacturing phase in manufactory, as well as discusses the influence of rotor residual magnetism and coil wedge magnetic conductivity to inter-turn short circuit, while the dynamic wave pattern method is introduced to check it.

turbo generator; rotor; inter-turn short circuit;residual magnetism; magnetic conductivity

TM311

A

1000-3983(2014)02-0036-04

2013-08-17

刘俊英（1967-），1989年7月毕业于天津大学电机专业，现从事大型汽轮发电机工艺工作，高级工程师。

审稿人：沈梁伟