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摘要：在大型汽轮发电机的各个组成部分中，转子由于处于高速旋转状态，承受着很大的机械应力和热负荷，所以对于转子部分的故障检测就显得尤为重要。由于制造过程中的加工［艺的不良和运行中各类机电作用的影响，大型汽轮发电机的转子绕组经常会出现匝与匝之间的接触，即导致转子绕组匝问短路故障的发生。在现场运行中的转子绕组匝问短路故障是发电机各类故障中比较常见的一种，也是影响安全运行的重要原因之一。本文研究了汽轮发电机转子绕组匝间短路故障程度诊断方法，为诊断过程提供了有效的参考。
关键词：汽轮发电机；转子绕组；匝间短路故障诊断
引言
发电机作为电能生产的基本设备，对整个电力系统的安全稳定起着至关重要的作用。开展发电机在线监测，及时有效地诊断出发电机的故障，已逐步发展成为保证发电设备安全可靠运行的重要手段。转子绕组匝间短路是一种较常见的发电机故障，轻微的匝间短路并不会影响机组的正常运行，但如果故障继续发展将会使转子电流显著增加绕组温度升高。无功出力降低电压波形畸变机组振动并出现其它机械故障。因此进行发电机转子绕组匝间短路故障的早期预报是十分必要的这类在线检测是今后发展的必然趋势。
一、汽轮发电机转子绕组匝间短路故障程度诊断意义
现今，世界发电量约80%是由汽轮发电机提供的。随着我国电力工业的迅速发展，大型汽轮发电机目前已成为国内几大电网的主力机组。这些大型汽轮发电机以直接冷却方式为主要特点，其技术经济性能有了很大提高，在电网中发挥着不可代替的作用。。然而，发电设备的大型化必然导致单机容量占电网总容量比例的增大，大型汽轮发电设备运行的可靠性和安全性尤为重要和突出，它直接影响发电厂的稳定运行和向用户安全、经济地供电。一旦这样的机组发生故障，特别是恶性故障，就会给电力系统和国民经济带来巨大的经济损失。
发电机运行事故是当前我国发展电力工业方面存在的重要问题之一。一些恶性事故给国民经济带来了巨大损失。多年来的事故统计资料表明，许多事故的发生都与电机设计及制造质量有关。同时，也反映出运行维护方面尚存在不少问题。在大型汽轮发电机的各个组成部分中，转子由于处于高速旋转状态，承受着很大的机械应力和热负荷，所以对于转予部分的故障检测就显得尤为重要。由于制造过程中的加工工艺的不良和运行中各类机电作用的影响，大型汽轮发电机的转子绕组经常会出现匝与匝之间的接触，即导致转子绕组匝问短路故障的发生。在现场运行中的转子绕组匝问短路故障是发电机各类故障中比较常见的一种，也是影响安全运行的重要原因之一。
二、常见汽轮发电机转子绕组匝间短路故障程度诊断方法分析
目前对于发电机转子绕组匝间短路故障的检测，国内外都在竞相研究。国外的学者曾提出过一些可行的理论方法。
（一）微分线圈动测法
这种方法最早是由美国学者在1971年提出来的。它是将探测线圈装在定子铁芯的空气隙表面，这样既可以测量磁通的径向分量，也可以测量磁通的切向分量。其基本原理是把发电机气隙中的旋转磁场进行微分，然后将此微分信号引入示波器进行分析。由于不同的信号微分后的波形不一样，特别是正常和故障情况有很大的差别，所以对微分波形进行分析即可诊断出转子绕组是否存在匝间短路故障，并准确显示出故障槽的位置‘“。微分线圈动测法不受外部条件及匝问短路故障点在槽中位置的影响，可信度较高。然而气隙线圈探测法只能在发电机空载和三相短路的情况下进行，在发电机带负载条件下，由于电枢反应，探测效果并不明显，且检测准确度也较差。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种方法要求转子处于旋转状态下测量，所以在转子安装前和半成品时不能采用，而且从己调研的资料发现，国内绝大多数电厂现有及新设计的电机中，极少装有这种测量线圈，并且安装这种线圈需要的停机时间也很长。
（二）回复波检测法
英国某学者提出给转子加阶跃脉冲测量其反射的回复波检测法，这种方法也称作传输波分析法，是以行波理论为基础的。在转子绕组的两端同时施加矩形脉冲，脉冲通过绕组后因电路元件变化（如阻抗不匹配、绕组不对称）而反射，通过测量并放大反射脉冲之间的差异，即可产生特征信号。利用记录下来的特征信号和模糊神经网络，不但可以检查出故障，而且还能准确地确定故障的位置。回复波检测法的检测装置十分轻便，而且试验所需的时间很短。但是这种方法的最大缺点是必须培训一个神经网络，而且脉冲必须能够很容易进入转子绕组，以检测相邻绕组问的短路点。然后，收集有短路匝情况下的特征信号，向网络培训提供己知输入。在转子处于正常运行时，由于容易损害电机并且拆卸费用较高，转子绕组并不能很方便地进行短路试验，从而无法获得有效的培训数据。因此，回复波检测法虽然在理论上可行，但是实现起来还有一定的困难，而且所需测量条件比较繁琐，所以在现场实际运行检测中并不容易实现。
（三）开口变压器法
单开口变压器法的测试原理是将转子置于定子膛外，由滑环通入交流电到绕组中，在转子槽齿上便产生交变磁通。当线圈中存在或不存在匝间短路两种情况下，在开口变压器线圈上所感应的电势的大小和电源电压之间的夹角是不同的。双丌口变压器法是利用电磁感应原理，将两个开口变压器置于转子本体同一线圈的对应槽齿上。故障时，由短路匝产生的磁通对测量变压器起助磁作用，因此测量变压器的感应电势比槽内无匝间短路时成倍增长‘帅…。单开口变压器法和双开口变压器法的缺点是均不能应用于转动状态下检测，需要在停机抽出转子后才可以进行。
（四）交流阻抗和功率损耗法
正常情况下，当转子旋转时，槽内线匝在离心力的作用下压向槽楔，既减少了线匝在槽内的有效高度，又使槽楔与转子槽齿接触紧密，增强了阻尼效应，使得阻抗值随转速升高而有规律下降。发生匝问短路故障时，对同一台机组相同状态下，阻抗值会发生突变，而功率损耗则相对升高。对于现场广泛采用的交流阻抗法，虽然具有简便、实用和较为灵敏的优点，也可以在静态和动态下测量，但是交流阻抗法的测试结果受外部条件影响因素较多，检测方法有很大的局限性：除了受到转子槽楔的材料及槽楔与槽壁接触的紧密程度的影响之外，还受到转动状态下的定子附加损耗、转子本体剩磁、试验时施加电压的高低、试验电源频率、波形的谐波分量等多种因素的影响，对判定较轻微的匝问短路故障有时不能获得较准确结论，故不能作为判断匝问短路的主要依据。
（五）直流电阻法
直流条件下，转子绕组电阻故障状态的测量值比正常状态的测量值明显偏低…。直流电阻法的缺点是灵敏度较低，只有在短路匝数较多时，直流电阻值才一呈现明显的变化。
（六）空载及短路特性试验法
利用发电机空载和短路特性试验在正常或故障状态下所测参数值与特征曲线的不同来判断是否发生转子绕组匝间短路故障。空载与短路特性法对匝间短路故障的反映也不够灵敏，与直流电阻法相似，只有在短路匝数较多时，特性曲线才有明显变化。
三、总结
汽轮发电机是目前最主要的发的电方式之一，尤其是在绕组匝间故障方面，出现频率较高，正确的判断故障原因，对于采取应对的措施进行修复有着非常重要的意义。本文研究了六种检测方法，其中包括了国外与国内的方案，以期为发电机转子绕组匝间短路故障的检测提供有效的参考。
参考文献:
[1] 李永刚, 马明晗, 武玉才, et al. 汽轮发电机转子绕组匝间短路故障程度诊断方法[J]. 电机与控制学报, 2018, v.22；No.164(06):66-73.
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[3] 杨玉磊. 1000 MW汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断与分析[J]. 电力工程技术, 2019, 38(01):163-168.
论文作者:陈贞良
论文发表刊物:《防护工程》2019年12期
论文发表时间:2019/8/29
标签：转子论文; 绕组论文; 故障论文; 汽轮发电机论文; 发电机论文; 线圈论文; 测量论文; 《防护工程》2019年12期论文;