检测发电机转子绕组匝间短路缺陷的RSO试验

刘　辉，李冠胜，李广龙，姜　波

（1.华能山东威海发电有限责任公司，山东　威海　245200；2.山东里彦发电有限公司，山东　济宁　273517；3.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南　250003）

检测发电机转子绕组匝间短路缺陷的RSO试验

刘辉1，李冠胜1，李广龙2，姜波3

（1.华能山东威海发电有限责任公司，山东威海245200；2.山东里彦发电有限公司，山东济宁273517；3.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南250003）

应用RSO验证680 MW发电机转子绕组存在绕组匝间短路缺陷，通过分析RSO试验图形和静态交流阻抗试验数据，发现发电机绕组存在匝间短路的缺陷。分析匝间短路原因，并提出预防发电机绕组匝间短路的相关措施。

RSO试验；匝间短路；发电机转子；转子试验

0　引言

发电机转子绕组匝间短路现象是发电机常见故障之一，当发电机转子绕组发生匝间短路时，一旦危害扩大严重将使转子电流增大、绕组温度升高、限制发电机的无功功率，引起机组的振动值增加，甚至被迫停机［1］。2015年4月12日，山东省某电厂在检修中发现1台680 MW发电机转子绕组有匝间短路现象，经确认故障点位于端部绕组匝间绝缘接缝处，经确认该型号发电机转子绕组端部的匝间绝缘在制造工艺上存在隐患，而威海电厂三期两台680 MW发电机转子绕组采用其相同工艺，故决定在停机时采用RSO试验方法对发电机转子绕组进行试验，验证其是否存在转子绕组匝间短路现象。

1　RSO试验原理及方法

RSO试验 （the Recurrent Surge Oscillograph）即重复脉冲波形试验，是国家能源局建议采用的转子匝间绝缘检测方法，相较传统的检测方法具有操作简单，灵敏度高，可在较早期发现绕组匝间短路等特点［2］。RSO试验的原理是波过程理论（行波技术），当信号发生器发出的低压脉冲信号（行波）沿绕组传播到阻抗突变点时，会导致反射波和透射波的出现，由此会在检测点测得与正常回路无阻抗突变时不同的响应特性曲线［3］。匝间短路的程度通过故障点处的波阻抗变化大小来反映，显示在示波图上可以用两个响应特性曲线合成的平展程度来判定，有突起的地方说明匝间存在异常，并且突起的波幅大小表明短路故障的严重程度。

本次试验就是利用发电机转子绕组的对称性结构，在转子正负两极各施加一个高频低压的脉冲信号，观察示波器返回的输出响应信号，由于其对称性，应当观察到两条完全重合的曲线，即相减波为一条直线。若遇到任何在绕组的特性阻抗上有不连续的地方，就会产生一个反射脉冲，比较信号便不是一条直线或不能完全重叠，就说明绕组的特性阻抗上存在问题，即绝缘存在异常。

RSO试验接线见图1，将信号输入点L、R分别接入发电机转子绕组的两极，将专用测量铜刷通过延长杆与发电机轴接触作为输入地。

图1　RSO试验接线示意

2　发电机转子绕组试验发现缺陷过程

2015年11月11至12日，进行6号机组发电机转子膛内“RSO试验”和发电机静态交流阻抗试验。分别测量发电机转子在90°、180°、270°、360°4个位置的RSO数据，试验波形显示基本一致，但不能完全重合。波形曲线如图2～5所示。

图2　RSO试验90°时波形

图3　RSO试验180°时波形

从波形图上看各角度的波形类似，但可以明显看到输入与返回波形不能重合，且叠加波形为一条非平直的曲线。为进一步验证数据的可靠性，随后又进行了发电机静态交流阻抗测量，数据均比2013年 5月22日测量的交流阻抗数值减小4%～11%，功率损耗有所增大，符合转子绕组存在缺陷而引起去磁作用造成交流阻抗减小和功率损耗增大的现象。2015-11-12，再次进行转子绕组两极平衡试验，与2013-05-22测试时数据对比得到表1。

图4　RSO试验270°时波形

表1　转子绕组两极平衡试验对比

在不同的试验方式下，其数据都有绕组存在缺陷的提示并予以相互印证，随后确认6号发电机转子绕组存在缺陷，需将发电机转子返厂，对发电机转子绕组匝间绝缘进行优化改造。转子返厂解体后，发现短路点在1极汽端2号线圈18槽端部第三、第四匝间绝缘转弯对接头处，见图6、图7。

图6　短路点宏观照片

图7　短路点局部放大照片

2015-12-23，转子缺陷处理后各项膛外试验数据均合格，各角度RSO试验图形重合度一致，以90°为例，其RSO试验曲线如图8所示。

图8　缺陷处理后的RSO曲线图形

机组运行后进行发电机转子绕组匝间短路在线测量，数据合格。至此，通过RSO试验成功验证了转子绕组存在匝间短路的重大缺陷并进行了解决，避免了危险的进一步扩大，为机组的稳定运行扫平了障碍。

3　RSO试验方案评价

对比传统的几种测量匝间短路的方法，RSO方案的具体特点如表2所示。

由此可见，对于发电机一般性的绕组匝间短路判断试验，应以准确度高，灵敏性好，且可操作性强的RSO试验为主。对于初期的匝间短路故障，系统往往没有明显的变化，此时用其他的传统方法测试难以发现，而RSO试验可以给出非常准确的绝缘故障判断，因为即使短路点非常微小，反映到波形上也会有明显的突起。同时，RSO试验得益于其方便的可操作性，在发电机生产、调试、运行全过程都可施行，便于发电机建立长期的跟踪检测记录，预防相关故障的产生［4］。

表2　RSO与传统试验方法的对比

为保证试验的准确性，RSO试验过程中应注意4点：

1）对同一台发电机建立RSO档案的试验仪器及示波精度应保持一致，便于观察波形的变化，对同一台发电机RSO波形比较时，示波器每次的参数设置要确保一致。

2）可对发电机建立模拟短路的RSO试验波形参考图，以比较匝间短路时的具体情况及严重程度，并对每个线圈进行多次取值比较，排除设备干扰。

3）对于线圈的特定波形变化，或许是由于线圈特性阻抗变化原因，这是一种持续性保持的波形，可通过多次跟踪观察排除。

4）试验数据应保证严谨，客观，对波形的统计要尽量详细且周期准确。

4　发电机转子绕组发生匝间短路的原因及预防措施

4.1短路原因

结构设计不合理，如匝间采用衬垫绝缘时，端部铜线侧面裸露，当运行中积灰和着落油垢后，会造成匝间短路。

制造工艺不良，如在转子绕组下线、整形等工艺过程中，损伤了匝间绝缘；或绝缘材料中存在有金属性硬粒，刺穿了匝间绝缘造成匝间短路（如铜线有硬块，毛刺都会损伤匝间绝缘）。

运行中在电、热和机械等综合应力作用下，绕组产生残余变形、位移，致使匝间绝缘断裂、磨损、脱落或由于脏污等，造成匝间短路。

运行年久，绝缘老化，也会造成匝间短路。

4.2预防措施

对每台发电机建立发电机转子RSO试验跟踪数据，长期跟踪观察，发现问题立即处理。安装发电机在线监测系统，可以在运行中通过预埋在定子的感应探头对发电机转子的绝缘进行监测，能够准确地判断发电机转子是否存在匝间短路。运行中，加强对转子励磁电压、电流、振动的监控；如机组在同样工况下（有功、无功相同），转子励磁电流增加10%以上，应及时停机检查。停机时，可进行转子匝间短路试验（静态、动态交流阻抗或RSO试验）。

5　结语

通过对该机组的RSO试验，验证了发电机转子绕组存在匝间短路的问题，避免了设备损害进一步扩大。RSO试验在诊断机组匝间短路故障时的灵敏性和方便性对尽早发现机组匝间短路故障相较传统方法有着较大的优势。

［1］李建明.高压电气设备试验方法［M］.北京：中国电力出版社，2001.

［2］向成，刘志强.大型发电机转子绕组RSO试验分析和探讨［J］.大电机技术，2008（1）：16-20.

［3］王绍禹，周德贵.大型发电机绝缘的运行特性与试验［M］.北京：水利电力出版社，2006.

［4］张征平.大型发电机转子故障分析与诊断［M］.北京：中国电力出版社，2011.

RSO Used to Test the Interturn Short-circuit Defect of Rotor Winding

LIU Hui1，LI Guansheng1，LI Guanglong2，JIANG Bo3
（1.Huaneng Weihai Power Generation Co.，Ltd.，Weihai 245200，China；2.Shandong Liyan Electric Power Power Co.，Ltd.，Jining 273517，China；3.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

RSO test is used to verify the interturn short circuit defect of 680 MW generator rotor winding.Through the analysis of the RSO experiment waveform and the static AC impedance test data，generator rotor winding inter turn short circuit defect is found.Reasons of short circuit are analyzed，and some preventive measures are put forward.

RSO test；turn to turn short circuit；generator rotor；rotor test

TM311

B

1007－9904（2016）08－0064－04

2016-05-12

刘辉（1984），男，工程师，从事电力系统运行分析及运维工作。