浅谈发电机转子匝间故障检查和判断

田野

（内蒙古京科发电有限公司，内蒙古 兴安盟科右中旗 029400）

1 引言

随着我国经济的快速发展，为了满足国家建设的需要，提高能源的可持续发展，减少碳排放，各大发电企业向着大容量、高自动化管理的方向发展。而在这其中，汽轮发电机作为汽轮发电厂的三大主机之一，其可靠性对于发电厂的安全稳定运行具有举足轻重的作用。

火力发电厂的汽轮发电机通常采用两级设计，额定转速达到3000r/min，发电机的转子处于连续的高速旋转状态中，并且还要承受电网故障和热负荷变化带来的冲击，因此，实现转子故障的在线监测尤为重要。在转子的生产过程中由于机组容量不断增大、设计经验不足和安装技术复杂、加工工艺不良等原因，造成汽轮发电机的转子绕组相对位置发生变化，时常出现不同槽隙的不同匝的接触，最终导致汽轮发电机发生转子绕组匝间短路的故障。据统计，在已运行的机组发电机故障中，其中占比较大就有转子线圈匝间短路故障（频率达到11．4%以上），并且故障造成的危害较为严重，故障处理困难，恢复时间长。近年来，国内不同发电机生产厂家和科研院校对转子线圈匝间短路故障的研究非常重视。

本文通过波形法与数字技术相结合的思路，测量发电机气隙磁势，判断各槽的磁势峰值，从而自动判断转子是否匝间短路的方法。

2 波形法的工作原理

所谓波形法就是通过发电机转子气隙电动势的波形进行比对。在发电机转子制造或大修时预留磁通传感器的安装位置，发电机运行时不同槽的线圈依次经过磁通传感器，传感器检测到转子的漏磁通，形成感应电势波形，正常情况下，A极和B极对应的槽径的感应电压幅值应相近，偏差不超过5%，当偏差超过5%时，发出报警，进行分析判断，查找转子线圈是否存在匝间短路的故障[1]。

其工作原理如下，由电势波形反映电机气隙磁通密度的变化，即磁通变化引起电机转子各槽之间槽漏磁通在感应线圈中感应的电动势发生的变化，来确定匝间短路是否发生。发电机气隙磁密中转子齿槽分量和该槽的安匝数成正比。如果转子绕组某槽内线圈出现匝间短路，该槽对应的气隙齿槽磁密在探测线圏上感应的电势将相应减少，通过对该电势波形的分析计算，其结果可作为判定被试转子存在匝间短路的依据之一。

在磁通传感器线圈感应的电势，主要分成四路信号，经模拟/数字转换装置将径向、切向、有功、无功等信号输入后台管理服务器，后台管理服务器通过32个槽位的径向信号针对专用的数据模型转换成标准曲线模板，针对不同的槽径进行分析比对。若发现单个槽位或局部槽位的电势偏差较大时，说明某单个槽位或局部槽位可能存在发生匝间短路故障的安全隐患。再通过“实时磁通图”进行进一步故障判断，制定应急故障处理方案，合理安排检修工期。

图1 安装原理图

3 传感器的安装

第一，发电机出厂前可以进行配合预埋传感器。

第二，现场永久性安装的磁通探头必须在新安装或大修期间，移去转子后进行安装。磁通探头被安装在定子槽楔上接近汽端3点或9点的位置上。轴向位置通常不是很关键的，然而，在使用磁性转子槽楔的转子上，在定子中安放磁通探头非常重要。因为磁性槽楔将分流转子槽楔漏泄磁通的一大部分，并对这些线圈的灵敏度显著减少，所以磁通探头将安装在槽楔环的上方，要求此部位采用非磁性材料。

第三，磁通探头电缆被送出定子孔，通过端部绕组到达发电机外罩。密封套管和磁通探头电缆在接近密封套管的地方被连接。整条电缆用环氧树脂黏合在支撑的表面。安装磁通探头、密封套管、连接和环氧树脂粘接电缆的整个过程需要5到8小时，相当方便快捷。用胶和销钉将磁通探头安装在一个定子槽楔上，此磁通探头安装在定子槽楔的9点钟位置上。

4 应用案例

4.1 福建某电厂转子绝缘纸甩出

2011年，福建某电厂4＃发电机安装ROM转子匝间短路监测仪器，电极主槽第3和第5显示报警。将电极从槽的数据180°旋转后和电极主槽的数据进行比较，并主要观察近过零点1～9线圈的数据比较。电极B的第5槽和第3所测值偏低。该厂进行发电机大修抽出转子进行检查，发现绝缘纸甩出。

4.2 天津某电厂转子匝间短路

该厂2＃机组转子匝间短路监测装置诊断出B极6号和7号槽线圈存在轻微短路现象，波形见图2。4月15日抽出转子检查，发现B极6号槽和7号槽的端部线圈异常接近，若未及时处理就会导致6号和7号线圈短路[2]；经分析是由于制作工艺和事故冲击造成线圈变形，见图3。

图2 波形图（第6槽和第7所测值偏低）

图3 B极6号槽和7号槽的端部线圈异常接近

5 结语

发电机的转子绕组是发电机的主要组成部分，其匝间短路故障是较常见的故障。使用波形法通过安装在定子槽中的传感器对发电机气隙磁通密度波形进行检测，检测数据的采集、处理、分析、全部由计算机完成。准确地判断出发电机转子绕组在运行中发生短路的槽位及短路程度，有效提高设备的可靠性。结合交互式判断软件让用户从波形直观地判断故障的存在。该设备的使用为发电机转子故障的早期发现及诊断提供了很好的工具，为电力系统安全经济运行提供了保障。