发电机转子绕组匝间短路故障诊断方法

栗冬

摘要：在影响发电机组安全稳定运行的原因之中，转子绕组匝间短路是不可忽视的一种故障，也给机组的运行带来很大的威胁。因此，必须采用行之有效的方法对转子绕组状态进行及时的故障诊断，用以增强机组的稳定运行。本篇论文首先介绍了转子匝间短路发生的原因以及常见的几种形式，而后对转子匝间短路的几种诊断方法进行了介绍和分析，探讨了各种方法的实际应用价值，对发电机安全稳定运行有重要意义。

1 引言

能否及时的对转子绕组故障进行准确的判断，很大程度上决定了机组能否安全稳定运行。在故障发生的早期，并没有非常明显的特征显现，只是转子振幅、励磁电流会在较小的程度上与正常值存在偏差，也不会对机组正常运行造成什么影响。但是如果不在故障发生早期及时发现并处理，匝间短路故障会不断恶化，尤其是短路点和线棒的持续过热，会引起绝缘垫条损伤，甚至导致线棒形变，更严重的，会造成转子绕组接地性能故障，最终导致机组跳机。除此之外，匝间短路带来的转子振动如果不加以控制，会导致轴电压的升高，进一步造成转子护环的损坏，更严重的，会危及机组的安全稳定运行。因此，对匝间短路故障及时发现并处理，对提高机组安全运行水平，有着重要的意义。

2 转子绕组匝间短路故障的常见形式及原因

在发电机组安装以及运行的过程中，有很多原因可能导致转子匝间短路故障的发生，这些原因大体上可以分为静态原因和动态原因：

（1）静态原因：在生产或安装时，对转子端部的绕组未进行牢固的固定或者垫块松动;在加工的过程中，由于加工工艺的缺陷，导致绕组铜导线倒角不合格等缺陷，抑或是匝间绝缘进入了金属异物或者凹凸不平。（2）动态原因：在机组运行的过程中，发电机会承受巨大的机械负荷，特别比如离心力以及动态应力，这也导致系统非常容易发生故障。对机组进行冷态启动，由于转子电流突然增大，导致转子发生局部的绝缘损伤。此外，在机组高速运行的过程中，离心力会导致转子绕组的变形。除了这些原因，在发电机静动态转换时，会发生转子匝间的相对运动，从而造成匝间绝缘相对错位，从而引发匝间短路。如果运行过程中，出现了异物误落入转子绕组中，也有可能会导致匝间短路。当以上所述的各类原因经过长时间的积累后，就会导致匝间短路的发生。

匝间短路發生后，会产生以下几种严重后果：（1）由于匝间短路会导致磁路不平衡，且随着转子电流增加，这种不平衡的程度会愈加严重，甚至直接影响机组运行;（2）转子电流持续增大时，必须对发电机的无功出力进行限制;（3）持续的磁路不平衡，会导致“单极电势”和“单极电流”的产生，进一步导致大轴发生严重的磁化;（4）匝间短路的短路点处持续过热，严重者可能会造成绕组接地问题。

3 匝间短路故障诊断方法

针对匝间短路的故障诊断，各大高校和研究机构都对其进行了深入的研究，并提出了一些已经在工程上得到广泛应用的检测方法。随着研究不断深入和发展，许多检测方法也暴露出一些缺点和局限性，下面就对常见的几种检测方法进行介绍和分析。

3.1直流电阻法

由于匝间短路故障会造成直流电流变小，所以直流电阻法的原理就是测量转子绕组的直流电流，来判断匝间短路的发生。但是由于大型发电机转子绕组总匝数非常多，因此个别匝的短路造成的直流电阻的变化也很小，即使使用比较精确的测量方法，也很难精确的发现匝间短路故障的发生。因此直流电阻法在灵敏度上有很大的局限性，只能作为判断时的一种辅助措施。

3.2 RSO方法

RSO方法，即重复脉冲检测法，利用了故障行波理论，这种方法是采用信号发生器对着转子两极发出脉冲波，匝间短路造成的阻抗突变，会导致出现反射波和投射波，在检测点对响应曲线进行测量，就会通过曲线与标准曲线的区别，判断出匝间短路发生的位置。这种方法的优点是相对较灵敏，对于比较小的匝间短路故障的发生，也有比较好的检测效果。但是这种方法也存在它的局限性，那就是不能实现在线监测。

3.3探测线圈波形法

对于发电机检修过程中匝间短路故障的检测，利用RSO方法的效果很好。但是随着经济发展，对发电厂电能质量和稳定运行提出了更高的要求，匝间短路故障的发生对机组的运行存在很大的威胁，因此，必须开发出可以对转子绕组状态实时监测的方法。目前应用最广泛的就是探测线圈波形法。其原理是利用匝间短路发生时造成的气隙磁场的异常分布，在气隙中设置磁场探测线圈。通过分析探测线圈测得的电势波形，就可以获得匝间短路故障的发生位置。

4 结论

作为发电机组运行中最为常见、危害也较大的一种故障，如何在早期对匝间短路故障进行发现并及时修整，防止其扩大导致严重后果，是广大工程技术人员高度重视的问题。重复脉冲检测法的检测灵敏度和准确度都比较高，也可以很好的发现匝间短路发生的位置，但是由于它只适用于离线检测，因此存在较大局限性。相比之下，探测线圈法检测便利，准确度高，最优越的一点是可以用于在线监测，因此可以实现转子绕组状态的实时监测分析，提高了故障诊断的及时性和可靠性，因此获得了较为广泛地应用。

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