关于发电机转子匝间短路故障的判断及分析

高升

摘  要：文章主要叙述了大型汽轮发电机运行期间出现转子绕组匝间短路故障的判断及分析方法，通过对发电机转子匝间短路故障现象的分析和检测快速判断出匝间短路故障位置，为后续处理方案的制定提供合理的依据。

关键词：转子绕组;匝间短路;故障

中图分类号：TM311 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）30-0116-02

Abstract： This paper mainly describes the judgment and analysis method of the turn-to-turn short circuit fault of the rotor winding during the operation of the large turbogenerator， and quickly determines the position of the turn-to-turn short circuit fault through the analysis and detection of the turn-to-turn short circuit fault of the generator rotor. The purpose of this paper is to provide a reasonable basis for the formulation of the follow-up treatment scheme.

Keywords： rotor winding; turn-to-turn short circuit; fault

近年来，随着用电量的增加发电机组数量、容量也跟随着增加，从200MW的中小型发电机，到1000MW的大型发电机，都有各种不同的故障出现，有的故障还是非常特殊的故障现象。此种情况可能跟近年来机组的负荷迅猛增长有关系，也跟国内前几年新建发电机组数量的爆发性增长有关系，还有就是与发电机生产厂家的制造工艺有关。这些故障分布在发电机定子、转子、以及发电机外围附属设备等各个方面。不论是在定子线棒、绕组端部，还是在定子铁芯，或是在转子绕组方面，一旦出现故障将会造成经济上重大的损失。在这里对转子绕组匝间短路故障分析、处理方面的技术和经验跟大家进行交流。

1 发电机转子绕组匝间短路故障原因分析和检测

对发电机转子绕组匝间短路故障现象、分析、诊断和处理过程中，需经过以下几个过程：

（1）运行中发电机转子振动异常，通过异常振动现象来分析转子绕组是否存在匝间短路故障。

（2）发电机转子盘车停运后，要对转子进行定子膛内相关的电气试验，以判断是否存在匝间短路故障。

（3）将转子抽出发电机定子膛外后，进行转子绕组匝间短路故障点定位分析。

（4）确定故障点后进行现场处理或返厂处理，并进行故障发生原因进行分析，以便有针对性地进行处理。

2 针对上述的检测方法具体分析如下

2.1 转子运行中的匝间短路故障分析

《GB7064-2008隐极同步发电机技术要求》中，正常运行中的发电机，其转子一般保持在不大于80μm的振动水平。当转子出现异常振动后，首先要对转子异常振动的原因进行分析，而造成转子异常振动的电气因素通常就是转子绕组匝间短路故障。转子绕组匝间短路故障使定子气隙中的合成磁场发生畸变，转子因受到了不平衡電磁力影响而发生振动，随着励磁电流的增加，转子的振动也相应的增大，出现上述运行状态时应当怀疑转子内部可能发生了匝间短路的故障。

2.2 转子停运后（转子仍在发电机定子膛内）匝短故障的分析

虽然可以通过上述转子的振动曲线与励磁电流之间的相关性来分析转子是否存在匝短故障，但毕竟还没有针对转子绕组做过任何的电气试验进行检查，因此，还缺少最直接的判断依据。机组解列后，当转子仍在发电机膛内时，可以进行以下电气试验来判断转子是否存在匝短故障。

（1）发电机空载试验。

（2）转子绕组直流电阻测量。

（3）转子绕组交流阻抗和损耗试验。

（4）RSO（Repetitive Surge Oscilloscope）试验。

下面我们对于上述各种试验方法的特点做一个简要的分析。

（1）发电机空载试验

发电机空载试验是通过空载状态下测量发电机转子的励磁电流，与历史值进行比较、分析其变化的程度来判断转子绕组是否存在匝间短路故障。存在匝间短路故障的转子绕组，其空载电流要有所增大。不过，当发电机转子绕组短路匝数较少时，励磁电流的增加不会很明显，因此，空载试验只能作为判断是否存在匝间短路故障的一种参考。

（2）转子绕组直流电阻测量

当发电机转子绕组出现匝间短路故障时，绕组的直流电阻值会相应的变小，直流电阻测量是通过测量转子绕组直流电阻的数值来判断转子绕组匝间是否存在短路故障，不过当发生匝间短路的绕组匝数很少时（例如只在两匝之间发生了匝短，转子绕组直流电阻值变化很小，而且这种变化量可能比测量仪器的误差范围内，就很难准确地判断转子绕组是否存在匝间短路故障，反之，这种方法还是十分简单有效的，如阻值偏差超过了5%时。

（3）转子绕组交流阻抗和损耗试验

转子绕组交流阻抗和损耗试验是判断转子绕组是否存在匝间短路故障的一种常用方法，无论转子在发电机膛内或是膛外，均可方便地进行测量，实际经验表明，交流阻抗和功率损耗这两个参数在诊断转子匝间短路故障时，功率损耗要比交流阻抗敏感得多。对于转子的交流阻抗来说，其阻抗下降10%的变化，往往并不能说明转子绕组存在匝间短路故障。但功率损耗值上升10%左右以上的变化，往往说明转子绕组很可能已存在匝间短路故障。不过，这里不包含交接时的采用松打槽楔工艺的新转子在首次超速前后的阻抗和损耗值的变化。因为采用松打槽楔工艺的新转子在首次超速试验后，由于槽楔松紧度的显著变化，往往会造成转子交流阻抗和损耗值的较大变化。但是最新发行的DL/T1525-2016《隐极同步发电机转子匝间短路诊断导则》中明确了交流阻抗和功率损耗试验的条件及方式，并明确了判断的原则;a.交流阻抗值与出厂数据或历史数据比较，减小超过10%;b.损耗与出厂数据或历史数据比较，增加超过10%;c.当交流阻抗值与出厂数据或历史数据比较，减小超过8%，同时损耗与出厂数据或历史数据比较，增加超过8%;d.在转子升速与降速过程中，相邻转速下，相同电压的交流阻抗或损耗值发生5%以上的突变时的情况之一应判断为故障。

（4）重复脉冲波形（RSO）法

RSO方法目前在检测发电机转子匝间短路故障中有了越来越多的广泛应用，RSO方法基于转子绕组的对称结构，分别从转子的正、负两极向转子注入高频脉冲信号，将高频脉冲的响应波形进行180度的换相重叠，通过比较对称性，验证转子是否存在匝间短路，正常情况下，两条响应曲线应当十分吻合，当两条曲线不吻合度达到一定的程度时，即判断转子存在匝间短路故障。这种检测方法比较方便，使用此方法成功确认了一台被某省电科院确定存在4处匝间短的发电机转子为误判的先例。图1是应用RSO方法检测某电厂发电机（135MW）转子匝间短路故障时的测量波形。从图1中可见，两条曲线的吻合度很好，差异不显著。为防止匝间短路出现在上层线棒中，我们在机组0-3000r/min时录制了动态的RSO图，见图2，没有发现问题，在录制动态RSO图之前我们通过模拟各匝间发生短路后进行了故障波形的录制如图3，综合了机组之前的运行情况分析认为该转子不存在匝间短路故障。

3 转子置于发电机定子膛外后，匝间短路故障点的定位分析

转子抽出来置于发电机定子膛外的检修现场后，除了可以施行前面所讲的转子绕组直流电阻测量、转子绕组交流阻抗和功率损耗试验、重复脉冲波形（RSO）外，还可以进行对转子匝短故障点进行定位分析。

对匝间短路故障点进行定位分析是非常有意义的一项工作，以前只要判断出发电机转子绕组确实存在匝短故障，就是返廠处理，修理好后返回安装、运行。不能在现场对匝短故障点的具体部位进行定位分析。如事先能准确判断出故障点的位置，就有可能在短时间内处理好故障，从而节省大量的人力、物力和财力，挽回巨大的经济损失。如果能准确判断出故障点的部位，就可以有针对性地制定处理方案。

当转子抽出来置于发电机检修现场后，就可以方便地对匝间短路点的部位进行准确的定位。为了能准确定位匝间短路故障位置，需要利用两极绕组的对称性，并对转子绕组进行直流试验。为了更精确地定位到匝短故障点，可以利用转子本体上的通风孔来测量线圈各匝绕组的电压分布，从而计算出匝间短路的故障点所处的位置。

4 结束语

实际分析经验表明，上述各种分析方法均有各自的适用性、对故障的敏感性、诊断的准确度等各有差异。愿我们做过的工作对大家今后在转子匝间短路故障的系统性分析时能有一些帮助，今后的工作中各位专家同仁，在转子匝短故障方面有什么新的更好的方法，共同相互沟通交流，共同提高。

参考文献：

[1]李伟清，王绍禹.发电机故障检查分析与预防[M].中国电力出版社，1996.

[2]李建明，朱康.电力设备预防性试验规程[M].中国电力出版社，2001.