功率期望原理的汽輪發電機勵磁繞組短路故障診斷

遇亞輝

摘 要：汽輪發電機勵磁繞組短路故障是極為常見的發電機電氣問題，輕微的勵磁繞組故障僅僅導致發電機轉子與定子之間產生失衡并出現大量熱能，嚴重時甚至會造成轉子接地、大幅度磁化等現象，威脅到汽輪發電機運行安全。本文從功率期望原理的概念入手，簡單闡述了這一原理在汽輪發電機勵磁繞組短路故障中的運用情況，以供同行工作之余參考。

關鍵詞：汽輪發電機；功率；期望原理；故障；勵磁繞組短路

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A

近年來，隨著人們電力供應穩定性、安全性需求的不斷提升，快速、準確、科學的診斷發電機故障已成為業界工作重點。汽輪發電機作為發電領域的常見工作體系，其一旦發生故障，必然影響到電力供應穩定與安全。為了更好、更準確的解決汽輪發電機勵磁繞組短路故障，我們在這里通過功率期望原理闡述故障發生規律和原因，并借助有關科學原理對其處理和預防做了簡單的探討。

一、功率期望原理概述

期望理論是于20世紀中葉出現的激勵機制和理論，它的出現在過去主要應用在管理學和行為學中，其原理是將工作行為、效價、手段和期望理論結合起來，是管理心理學和行為學合二為一的綜合。它的應用主要目的在于調動工作人員積極性、激發工作人員內部潛力，是根據個人經驗來斷定目標現狀，制定出與之相應的優化和處理方案。

二、汽輪發電機勵磁繞組短路故障產生原因分析

通過過去多年的工程實踐經驗總結我們發現，在汽輪發電機正常運行的過程中，勵磁繞組故障問題非常嚴重，造成這些問題出現的原因也很多。其中包含了：墊塊在長期運行中發生松動，勵磁端部的線路接頭發生松動，銅導線連接工藝方面存在缺陷造成線路在長期運行中出現毛刺、倒角以及轉子在運行中受到離心力作用而產生變動，進而造成勵磁系統變化等。而在發動機靜止的時候，靜態轉換的時候線圈處于相對運動的狀態，這個時候一旦發生摩擦或者線路錯位，必然導致線路之間的接觸發生變動，從而引發線路連接不平衡，甚至是造成短路等問題，一方面造成磁化損失，另外容易引發過量熱能，造成整個勵磁繞組出現接地乃至中斷故障。

在特殊的條件下，如果轉子的線圈之間產生短路，那么勵磁繞組之間的有效線圈數量也必然會更近一步減小。為了能夠更好的滿足勵磁條件要求，這個時候的勵磁電流必然會隨之增加。而機組正常運行狀態下，如果勵磁產生中斷或者斷斷續續的現象，這時的勵磁空間則會產生梯形波，造成轉子短路，甚至會產生磁勢峰值發生波動。這種現象一方面我們可以將其理解成為有效的電磁引導在磁勢上造成的，另外也可以認為是各種磁勢突變的疊加。

三、常見汽輪發電機勵磁繞組短路故障診斷方法

目前，我國大型汽輪發電機在應用中常見的勵磁繞組短路故障的診斷方法主要包含了線圈探測法、勵磁電流法和軸電壓法三種手段。

1 功率期望原理在汽輪發電機勵磁繞組短路故障中的實現

針對一臺存在勵磁繞組短路故障的發電機進行分析，它的故障產生矢量圖如圖1所示。

如圖1所示，U表示發電機本身的電壓，而I表示發電機電流。其中Ff1表示勵磁繞組短路后的勵磁磁動勢矢量；0E為與Ff1對應的空載電動勢；F'f1表示正常轉子的勵磁磁勢矢量；E0為與F'f1對應的空載電動勢。由圖1得出，勵磁動勢繞組運行正常的時候，線圈電量明顯下降，其在定子繞組上感應的空載電動勢比正常時期較小。基于這一要求，在目前的發電機勵磁繞組短路故障研究中，我們可以根據已具有的參數和運動變量進行分析，汽輪發電機在任意狀態下都能和實際電磁功率、無功功率產生交集，從而被相關工作人員獲取。

2 其他汽輪發電機勵磁繞組短路故障診斷方法

2.1 線圈探測法

線圈探測法在應用中是將發電機的定子鐵心深入到需要檢查的線圈內部，由于短路的存在必然會造成繞組有效匝數的減少，線圈一端的勵磁必然很低，因此我們可以通過對比探測線圈以及勵磁脈沖電勢來診斷發電機勵磁繞組短路故障。這種方法在應用中雖然簡單且效果明顯，但由于容易受到探測線圈信號干擾、線圈圈數及探測深度等方面的限制，因此在一些特殊條件下無法達到有效診斷故障的目的。

2.2 勵磁電流法

勵磁電流法在汽輪發電機勵磁繞組短路故障的診斷中，是根據汽輪發電機出現的勵磁繞組發生短路之后，線圈空隙磁動勢下降，發電機內部的勵磁電流增高，并將這兩種數值進行比較得出的。在具體的故障診斷工作中，兩者之間的偏差超過一定范圍的時候，則可以斷定發電機內部存在勵磁繞組短路故障。這種方法在汽輪發電機繞組短路故障診斷的時候主要是針對兩匝以上線圈的短路故障分析的。

2.3 軸電壓法

經過多年工作時間分析，軸電壓法在勵磁繞組短路故障診斷中效果非常明顯，但是由于汽輪機長期使用中線圈內部污染狀況嚴重、碳刷和滑動接觸速度較高等因素的影響，極容易在診斷的時候出現碳刷與轉軸接觸不緊密的現象，因此還需要我們在工作中定期對其進行清理。

結語

總之，基于功率期望原理的汽輪發電機勵磁繞組短路故障診斷為非侵入式，在這個時候我們完全可以根據發電機運行參數和運行原理來斷定勵磁系統中線圈匝間是否存在有短路故障，也就是說這個時候我們可以對汽輪發電機和運行的每一個環節加以監控，也可以定期的對內部線路、設備進行檢查，進而防止勵磁短路故障的出現，提升汽輪發電機的工作效率。

參考文獻

[1]孫宇光，余錫文，魏錕，黃子果，王祥珩.發電機繞組匝間故障檢測的新型探測線圈[J].中國電機工程學報，2014（06）.