發電機轉子繞組匝間短路故障診斷方法

栗冬

摘要：在影響發電機組安全穩定運行的原因之中，轉子繞組匝間短路是不可忽視的一種故障，也給機組的運行帶來很大的威脅。因此，必須采用行之有效的方法對轉子繞組狀態進行及時的故障診斷，用以增強機組的穩定運行。本篇論文首先介紹了轉子匝間短路發生的原因以及常見的幾種形式，而后對轉子匝間短路的幾種診斷方法進行了介紹和分析，探討了各種方法的實際應用價值，對發電機安全穩定運行有重要意義。

1 引言

能否及時的對轉子繞組故障進行準確的判斷，很大程度上決定了機組能否安全穩定運行。在故障發生的早期，并沒有非常明顯的特征顯現，只是轉子振幅、勵磁電流會在較小的程度上與正常值存在偏差，也不會對機組正常運行造成什么影響。但是如果不在故障發生早期及時發現并處理，匝間短路故障會不斷惡化，尤其是短路點和線棒的持續過熱，會引起絕緣墊條損傷，甚至導致線棒形變，更嚴重的，會造成轉子繞組接地性能故障，最終導致機組跳機。除此之外，匝間短路帶來的轉子振動如果不加以控制，會導致軸電壓的升高，進一步造成轉子護環的損壞，更嚴重的，會危及機組的安全穩定運行。因此，對匝間短路故障及時發現并處理，對提高機組安全運行水平，有著重要的意義。

2 轉子繞組匝間短路故障的常見形式及原因

在發電機組安裝以及運行的過程中，有很多原因可能導致轉子匝間短路故障的發生，這些原因大體上可以分為靜態原因和動態原因：

（1）靜態原因：在生產或安裝時，對轉子端部的繞組未進行牢固的固定或者墊塊松動;在加工的過程中，由于加工工藝的缺陷，導致繞組銅導線倒角不合格等缺陷，抑或是匝間絕緣進入了金屬異物或者凹凸不平。（2）動態原因：在機組運行的過程中，發電機會承受巨大的機械負荷，特別比如離心力以及動態應力，這也導致系統非常容易發生故障。對機組進行冷態啟動，由于轉子電流突然增大，導致轉子發生局部的絕緣損傷。此外，在機組高速運行的過程中，離心力會導致轉子繞組的變形。除了這些原因，在發電機靜動態轉換時，會發生轉子匝間的相對運動，從而造成匝間絕緣相對錯位，從而引發匝間短路。如果運行過程中，出現了異物誤落入轉子繞組中，也有可能會導致匝間短路。當以上所述的各類原因經過長時間的積累后，就會導致匝間短路的發生。

匝間短路發生后，會產生以下幾種嚴重后果：（1）由于匝間短路會導致磁路不平衡，且隨著轉子電流增加，這種不平衡的程度會愈加嚴重，甚至直接影響機組運行;（2）轉子電流持續增大時，必須對發電機的無功出力進行限制;（3）持續的磁路不平衡，會導致“單極電勢”和“單極電流”的產生，進一步導致大軸發生嚴重的磁化;（4）匝間短路的短路點處持續過熱，嚴重者可能會造成繞組接地問題。

3 匝間短路故障診斷方法

針對匝間短路的故障診斷，各大高校和研究機構都對其進行了深入的研究，并提出了一些已經在工程上得到廣泛應用的檢測方法。隨著研究不斷深入和發展，許多檢測方法也暴露出一些缺點和局限性，下面就對常見的幾種檢測方法進行介紹和分析。

3.1直流電阻法

由于匝間短路故障會造成直流電流變小，所以直流電阻法的原理就是測量轉子繞組的直流電流，來判斷匝間短路的發生。但是由于大型發電機轉子繞組總匝數非常多，因此個別匝的短路造成的直流電阻的變化也很小，即使使用比較精確的測量方法，也很難精確的發現匝間短路故障的發生。因此直流電阻法在靈敏度上有很大的局限性，只能作為判斷時的一種輔助措施。

3.2 RSO方法

RSO方法，即重復脈沖檢測法，利用了故障行波理論，這種方法是采用信號發生器對著轉子兩極發出脈沖波，匝間短路造成的阻抗突變，會導致出現反射波和投射波，在檢測點對響應曲線進行測量，就會通過曲線與標準曲線的區別，判斷出匝間短路發生的位置。這種方法的優點是相對較靈敏，對于比較小的匝間短路故障的發生，也有比較好的檢測效果。但是這種方法也存在它的局限性，那就是不能實現在線監測。

3.3探測線圈波形法

對于發電機檢修過程中匝間短路故障的檢測，利用RSO方法的效果很好。但是隨著經濟發展，對發電廠電能質量和穩定運行提出了更高的要求，匝間短路故障的發生對機組的運行存在很大的威脅，因此，必須開發出可以對轉子繞組狀態實時監測的方法。目前應用最廣泛的就是探測線圈波形法。其原理是利用匝間短路發生時造成的氣隙磁場的異常分布，在氣隙中設置磁場探測線圈。通過分析探測線圈測得的電勢波形，就可以獲得匝間短路故障的發生位置。

4 結論

作為發電機組運行中最為常見、危害也較大的一種故障，如何在早期對匝間短路故障進行發現并及時修整，防止其擴大導致嚴重后果，是廣大工程技術人員高度重視的問題。重復脈沖檢測法的檢測靈敏度和準確度都比較高，也可以很好的發現匝間短路發生的位置，但是由于它只適用于離線檢測，因此存在較大局限性。相比之下，探測線圈法檢測便利，準確度高，最優越的一點是可以用于在線監測，因此可以實現轉子繞組狀態的實時監測分析，提高了故障診斷的及時性和可靠性，因此獲得了較為廣泛地應用。

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