毛家河水電站發電機轉子在線監測系統

摘? 要：論述轉子匝間短路及定位裝置的可使用性及發展前。由錦屏電站600MW和毛家河電站60MW的機組發電機轉子在線監測裝置相對比，同樣的有對轉子在線監測的裝置而毛家河水電站選擇了《ZDL2型發電機轉子匝間短路及定位裝置》，這套裝置的各組成模塊的功能及特點，以及機組調試試運行過程數據，供同行參考。

關鍵詞：轉子在線監測系統、磁極波、匝間短路

1概述

1.1 引言

隨著我國電力工業的發展，電力系統本身變得越來越龐大和復雜，監測技術的不多進步，電子產品的不斷更新。先進監測設備一直受到發電企業的廣泛關注，以保證機組安全、可靠和經濟地運行。

1.2主要討論內容

同步發電機轉子繞組的絕緣電阻和匝間短路的尋找故障定位方法及其危害，收集試驗數據，改善性能，為產品定型準備條件。

2檢測項目

發電機轉子線圈相鄰匝間的絕緣層材料很薄，受轉子旋轉離心力的作用以及層間絕緣老化影響，發電機轉子匝間短路時有發生。但在目前運行的發電機保護或監測中，還沒有一種能反映發電機轉子繞組匝間短路的保護及監測裝置。但是，當轉子發生匝間短路后，將使轉子電流增大，繞組溫度升高，尤其是短路點局部溫度過高，將會損壞轉子線圈及其鐵芯，擴大事故;同時由于轉子磁力不平衡，還會加劇機組振動，威脅發電機的安全運行。

由于轉子繞組電阻很低，用常規的直流電阻測試方法很難發現匝間短路。由于受測量精度的影響，作發電機空載、短路試驗也很難發現。雖然測量轉子的交流阻抗和功率損耗可以發現短路故障，但要找出短路點也是很困難的，而且上述試驗也必須在退出電網運行或停機檢修時進行，不能動態監測。

3性能指標要求

按照貴州毛家河電站的要求，發電機轉子繞組匝間短路依據，在正常運行時最小磁極波幅值不得小于平均值的90%。如果發現有磁極波幅值小于90%時，應立即采取措施，查明原因進行處理，防止事故的發生。

4裝置的使用及判斷

4.1轉子在線監測裝置的選取

當發生匝間短路時，也不知道具體位置，在檢修處理之前要花大量時間去查找是哪個磁極發生匝間短路，延長了停機處理時間，直接影響電廠經濟效益。因此每個電站選取監測裝置尤其重要，對貴州毛家河電站3X60MW的機組調試為列，根據《貴州毛家河水電站機電設備安裝與調試工程招標文件及合同》該站選取了ZDL2型發電機轉子匝間短路及定位裝置。

4.2 ZDL2型發電機轉子匝間短路及定位裝置原理

在發電機定子中部通風孔中安裝轉子磁場傳感器，通過測量、比較各個磁極（或線棒）磁場大小來判斷轉子繞組是否發生匝間短路。通過轉子位置信號傳感器來判斷匝間短路的位置，以便縮短檢修時間。為了能說明問題，以貴州毛家河水電站12對磁極的水輪發電機轉子為例，見圖1所示。

由圖1可知上部為磁極波曲線，下部為鑒相波或磁極波分頻曲線;50.00HZ：表示當前發電機頻率為50.00;99.9%：表示所有磁極中，最小一個磁極波的幅值是所有磁極波平均值的99.9%;023#磁極：表示當有鑒相波時，該號磁極波幅值最小，其值為99.9%;001號：表示當有鑒相波時，該號對應的磁極波為1號磁極波，下一個磁極波為2號磁極波，依此類推。如果沒有鑒相波則自動用磁極波的整形方波代替，同時顯示“無鑒相波。”有圖1可以看出有完整的24個磁極波，磁極波幅值大小基本一致最小的一個相差只有0.1%并且由圖2可知磁極波是近似于正弦的平頂波峰一峰值大小沒有明顯差距由此可知發電機轉子沒有接地點。

4發電機轉子匝間短路的危害

同步發電機的轉子，在運行中可能會發生匝間短路故障。這種故障大多數是由于轉子在離心力的作用下銅線嚴重變形導致層間絕緣損壞和外界環境的變化所造成的，具體環境變化有：剛剛開機時發電機轉子溫度相對發電時溫度低由于絕緣材料與銅線的熱脹冷縮不均導致匝間絕緣損壞;運行過程中集電環上的碳粉堆積在轉子上發生匝間短路;制動器制動所產生的粉末也有可能引起匝間短路等等。

水輪發電機在運行中，如勵磁系統發生匝間短路時，則有以下現象：

1、 轉子電流，勵磁電流，劇烈增加。

2、發電機無功負荷降低。

3、發電機發生強烈震動。

4、 轉子電壓和定子電壓降低，校正器電流增加，強行勵磁可能動作。

6 發電機轉子匝間短路應采取的措施

當轉子發生匝間短路時，應根據故障的不同情況，采取措施，及時處理，以防止事故擴大。具體分析如下：

1、保持發電機機坑溫度的穩定性。

2、保持發電機機坑內干凈無碳粉及鐵粉。

3、轉子匝間短路事故現象和轉子兩點接地相同，不過匝間短路時，一般被短路的繞組不多，故沒有兩點接地那么嚴重。但是由于磁場的不平衡有可能使擺度增加、溫度升高而停機，所以定期對轉子的清理是有必要的，從而降低發生事故的幾率提高電站的經濟效益。

5結論

根據目前試驗驗的調試情況，可以得出以下幾點結論：

1、可以準確地判斷出轉子繞組磁場是否均勻和轉子的穩定性，在磁極發生匝間短路時可以合理的判斷是否影響發電，給電站值班負責人一種直觀的判斷依據。

2、系統軟硬件設計合理，系統工作可靠，性能穩定，測試數據精度高。

3、裝置系統與上位機通訊采用中斷方式，實用高效，沒有誤碼產生，裝置可以準確地向上位機發送數據。

4、本裝置解決了目前還是靠現場運行人員手工檢查、測量和手工計算發電機轉子繞組絕緣電阻值和磁極匝間短路情況，能夠正確區分和確定每一個故障接地點，因此，具有廣闊的應用前景。

5、 由于時間、 條件等各方面的限制， 對本系統進行電磁兼容測試、現場可靠性的考核還有待在今后的工作實踐中進一步解決。

[參考文獻]

《貴州毛家河水電站機電設備安裝與調試工程招標文件及合同》

GB? 50150-2006《裝置安裝工程電氣設備交接驗收試驗標準》

貴陽新光電氣有限公司轉子匝間短路及定位裝置（ZDL2型）使用說明書

[作者簡介]：金科全（1990-），男，安順水力發電總廠生技部，主要從事水電站水輪發電機組檢修、運行、電氣試驗及調試工作。