四極核電汽輪發電機轉子匝間短路測試方法研究

王玉田，吳夢艷

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四極核電汽輪發電機轉子匝間短路測試方法研究

王玉田，吳夢艷

（1. 哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040；2. 中國自動化控制系統總公司，北京100026）

本文介紹了兩種測試四極核電汽輪發電機轉子繞組匝間短路的方法，一種是低頻阻抗測試方法，在轉子繞組上施加由低頻信號振蕩器發出的600Hz的頻率，通過對轉子繞組上振蕩產生的電壓值判定是否存在匝間短路；另一種是脈沖波形比較法，利用雙通道交流脈沖發生器發出脈沖電壓，將兩個通道產生波形對比，判定是否存在匝間短路。兩種方法配合使用，可以準確地判定轉子匝間短路，保證轉子匝間絕緣的可靠性。

核電汽輪發電機；四極；轉子；匝間短路；測試

0 前言

隨著世界對能源需求的不斷提高及常規發電技術所用自然資源的日益枯竭，國內乃至國際發電行業必須迎接新的挑戰，盡可能以高效和可持續的方式利用能源成為當務之急，由此，國內各大型發電機制造企業展開了對核能發電技術的研究。核能發電技術能否在國內推廣，并得到人們的認可，關鍵的技術就是安全技術。

多年來，電機行業對核電汽輪發電機技術研究更多地集中在產品結構設計、材料性能及絕緣結構研究等方面，本文結合哈爾濱電機廠有限責任公司制造的1250MW四極核電汽輪發電機，對其轉子匝間短路的測試方法進行了具體的分析與研究。

1 轉子繞組結構

哈電機制造的1250MW核電汽輪發電機轉子繞組由四個電極組成，每個電極由四個號的線圈構成，繞組的布置如圖1所示。與兩個電極電機的轉子相比，本機組具有四個極，因此電機運行時的額定轉速為兩個電極轉子額定轉速的一半，即1500r/min。

2 低頻阻抗測試方法

低頻阻抗測試方法的電路原理如圖2所示，測試設備主要包括低頻信號振蕩器及數字萬用表。測試原理是將RC低頻信號振蕩器振蕩產生600Hz的頻率施加在轉子繞組的W極、X極、Y極、Z極上，在每個電極上分別振蕩產生電壓，通過對電壓值的計算與分析，判定轉子繞組是否存在匝間短路。

圖1 四極核電汽輪發電機轉子繞組布置圖

圖2 低頻阻抗測試方法的電路原理圖

低頻阻抗測試方法的接線是將低頻信號振蕩器輸出端子連接轉子繞組引出線的一端，低頻信號振蕩器的反饋端子連接轉子繞組引出線的另一端，這樣構成一個回路。利用數字萬用表分別測量轉子繞組的W極、X極、Y極、Z極上振蕩產生的電壓，分別記作W、X、Y、Z。

低頻阻抗測試方法的判定標準如下：

當測試電壓值滿足式（1）時，可以判定被試轉子不存在匝間短路。

當測試電壓值滿足式（2）、式（3）時，轉子繞組是否存在匝間短路需要進一步判定。

當測試電壓值滿足式（4）時，可以判定被試轉子存在匝間短路。

式（1）、式（2）、式（3）、式（4）中：MAX為（W+X），（Y+Z）中較大者。

在哈電機制造的1250MW四極核電汽輪發電機轉子上，利用上述方法分別測試轉子繞組四個電極的1號線圈下線完成、2號線圈下線完成、3號線圈下線完成、4號線圈下線完成時，在四個電極上振蕩產生的電壓值，如表1所示。

表1 四個電極上產生的振蕩電壓值 V

將表1中序1、序2、序3、序4中各電極振蕩產生的電壓值代入式（1），可以得到表2的數據。

表2 計算后數據

從表2可判斷，在轉子四個電極的1號線圈、2號線圈、3號線圈裝配完成后，均無匝間短路。可見，低頻阻抗測試方法是檢測四極核電汽輪發電機轉子匝間短路的有效方法之一。但是，當四個電極的4號線圈裝配完成后，采用這種方法測得的振蕩電壓值不滿足式（1），但滿足式（2）和式（3）時，低頻阻抗測試方法已無法判斷是否存在匝間短路。所以，為了判定在四個電極的4號線圈裝配完成后，轉子繞組是否存在匝間短路情況，需要采用另一種轉子繞組匝間短路測試方法進一步診斷，因此，我們引入脈沖波形比較法。

3 脈沖波形比較法

脈沖波形比較法的電路原理如圖3所示，測試設備主要是雙通道交流脈沖發生器。測試原理是由雙通道交流脈沖發生器發出脈沖電壓，并施加在轉子繞組的W極、X極、Y極、Z極上，在交流脈沖發生器的示波器上面將產生兩條波形，根據兩條波形的重合程度，判定轉子繞組是否存在匝間短路。

脈沖波形比較法的接線是將雙通道交流脈沖發生器的兩個輸出端子接轉子繞組引出線的兩端，反饋端子接轉子繞組X極與Y極的極間中心，這樣構成一個回路。在轉子繞組上施加一定的脈沖電壓后，在雙通道交流脈沖發生器的示波器上將顯示兩條曲線，這兩條曲線分別代表兩個回路的波形。

圖3 脈沖波形比較法電路原理圖

利用上述方法，對四個電極的4號線圈裝配完成后的核電汽輪發電機轉子進行了匝間短路測試，在測試設備的示波器上顯示出兩條曲線，如圖4所示。為了確定兩條曲線的重合程度，將兩條曲線的位置平移，平移后如圖5所示。從圖中可以清晰地看到兩條曲線完全重合，所以，可以判定利用低頻阻抗測試方法無法確定的4號線圈裝配完成后的轉子繞組匝間不存在匝間短路。

為了驗證脈沖波形比較法的可靠性，將轉子繞組串聯在通道2中的兩個電極的線圈人為短路，這時在雙通道交流脈沖發生器的示波器上顯示的兩條曲線如圖6所示，兩條曲線明顯分離。由圖可見，采用脈沖波形比較法判斷四極核電汽輪發電機轉子匝間短路是可靠的。

圖4 雙通道波形

圖5 平移后的波形

圖6 匝間短路后波形

4 結論

本文引入兩種用于判定四極核電汽輪發電機轉子繞組匝間短路的有效方法，分別是低頻阻抗測試方法和脈沖波形比較法；低頻阻抗測試方法與哈電機的交流阻抗測試方法[1-2]相比具有試驗電壓低、測試方法簡單、測試效率高等優點，實現操作安全，對轉子繞組絕緣無損傷測試；脈沖波形比較法與哈電機的感應電動勢矢量法[1][2]相比，具有操作方便、試驗方法簡捷等優點。

（1）采用低頻阻抗測試方法判定時，當各電極上振蕩產生的電壓值滿足式（1）時，可以判定四極核電汽輪發電機轉子繞組不存在匝間短路；當各電極上振蕩產生的電壓值滿足式（4）時，可以判定四極核電汽輪發電機轉子繞組存在匝間短路；

（2）采用低頻阻抗測試方法測試時，當各電極上振蕩產生的電壓值滿足式（2）、式（3）時，可以采用脈沖波形比較法進一步判定轉子繞組匝間短路。

[1] 劉慶河. 汽輪發電機轉子繞組匝間短路的檢測方法[J]. 大電機技術, 2004, (4).

[2] JB/T 8446-2005 隱極式同步發電機轉子匝間短路測試方法[S].

Research On Inter-turn Short-circuit Test Method for Four-Pole Nuclear Power Turbo-generator Rotor

WANG Yutian, WU Mengyan

(1. Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China; 2. China National Automation Control System Corp, Beijing 100026, China)

Two methods for testing four-pole nuclear power turbo-generator rotor winding with inter-turn short-circuit were presented. One is low frequency impedance test method, and the rotor winding is supplied a low frequency of 600Hz by low-frequency signal oscillator. We can judge whether occur inter-turn short-circuit or not by the voltage oscillated. The other is pulse wave comparison method, and it is generated pulse voltage by double channels AC pulse generator. By contrasting the waves, we can judge whether inter-turn short-circuit is occurred or not. With two methods above, we can judge inter-turn short-circuit exactly, insuring the inter-turn insulation of rotor is reliable.

nuclear power turbo-generator; four-pole; rotor; inter-turn short-circuit; test

TM312

A

1000-3983(2014)02-0040-04

國家科技重大專項（2009ZX06004-013-04-05）大型核電半速汽輪發電機定子絕緣技術研究。

2013-08-17

王玉田（1983-），2006年畢業于哈爾濱理工大學電氣工程及其自動化專業，現從事汽輪發電機絕緣技術工作，工程師。

審稿人：滿宇光