摘要：转子匝间短路是大型汽轮发电机时常发生的电气故障，会引起励磁电流增大、输出无功减小、机组振动加剧等不良现象。并对转子匝间短路原因进行分析，提出预防发电机转子匝间短路的措施和建议。
关键词：汽轮发电机；匝间短路；振动；危害；措施
转子匝间短路是大型汽轮发电机常见的电气故障，近年来对该故障的报道屡见不鲜。本文全面分析析研究了发电机转子匝间短路的危害及影响。
一、发电机转子匝问短路危害
1.发电机转子匝间短路时，产生的磁路不平衡，一方面引起转子机械上的不平衡并使振动增加，另一方面在发电机定子上感应的电压不是标准的正弦电压，当定子有电流流过时，便会产生负序电流分量，负序电流产生的负序磁场以两倍同步转速切割转子，在转子本体表面，槽楔及阻尼绕组感应出两倍频率的电动势和电流，这些感应电流流经转子上的小齿和槽楔之间的接触面、护环与本体之间的嵌装面、端部阻尼环等形成通路，在接触电阻较大之处产生局部过热，负序电
流过大会烧坏护环、小齿或槽楔以及转子本体；同时负序电流引起的电枢反应还加剧磁路不平衡，引起振动加剧。
2.发电机转子匝间短路，会引起定子绕组每相并联支路的环流；使主轴、轴承座及端板磁化。
3.较大的短路电流可能会导致转子接地故障发生，特别是二点短路接地会产生很大的电流损坏转子。
4.当转子绕组发生匝间短路时，转子电流增大、绕组温度升高、限制电机的无功功率。
二、转子匝间短路时的转子振动机理
汽轮发电机的转子绕组由许多串联线圈组成，具有较大的转动惯量，引起匝间短路的原因有以下四个：
1.在运转过程中，由于离心力的作用，线匝绝缘的移动，转子绕组端部的热变形，局部过热将匝间绝缘烤焦炭化剥落，线匝端部垫块松动，小的导电粒子或碎物进入转子线匝端部和转子通风沟。
2.制造工艺不良，铜线打磨不光有毛刷，线圈整形不规矩，弯成直角地方内外圆弧绝缘厚薄不均匀，烘压时压伤内圆弧绝缘，外圆弧压不紧；线棒焊接后打磨工艺不严格，导致突出的焊点在运行过程中不断振动而磨穿绕组线棒间绝缘；转子端部绝缘层人工放置和裁剪工艺比较粗糙，导致转子在运行中绝缘发生移位、松动等现象，在高电压、大电流作用下出现匝间短路。
3.出厂或大修时槽内或端部留有金属异物，或者转子出厂的动平衡试验，与实际运行工况存在较大差异，特别是在机组较高负荷条件下，转子电流较大，受电磁力和热不平衡影响，使转子发生振动并随运行时间增加而不断恶化。均会导致转子绕组匝间短路发生。
4.运行中发电机进油，转子线圈受污染，匝间绝缘下降，在转子通电后就会在绝缘薄弱地方击穿而短路。
通常汽轮发电机的的正常启动方式是，由汽轮机将冷态转子驱动到额定转速后，再给绕组施加励磁电流，转子绕组和铁芯是在额定转速下旋转时发热的。转子以额定转速旋转时，绕组线匝之间、顶匝导线与槽楔或与护环下绝缘之间因离心力作用而紧压在一起，而离心力产生的摩擦力在线匝上要产生摩擦应力，阻止线匝轴向滑移。发电机正常运行时，绕组和铁芯已发热，整个转子的温度是三维场。绕组温度比齿的高，即出现了铜铁温差，其值愈高，绕组力图对齿相对伸长越长，同时，线匝之间，同一线匝各点之间的温度也不等，它们之间也力图伸长或缩短，这在绕组上就产生了热应力。另一方面，离心力、弯矩和扭矩在整个转子上产生的应力也是三维场，离心力使绕组对齿相对伸长使线匝之间相对伸长或缩短，在绕组上产生机械伸长差引起了应力。弯矩和扭矩在绕组上产生弯曲和扭转应力。这四者构成的实际应力力图使绕组轴向滑移。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当绕组的实际应力不能克服摩擦应力时，绕组便不能对齿相对伸长，因此，在运行中绕组匝上就产生了压缩应力，当压缩应力超过绕组铜线的弹性极限时，转子转速降低或停机时，线匝就会产生缩短的塑性变形。
转子绕组线匝的总变形量与绕组的实际应力和启停机的次数有关。当实际应力大于铜线的弹性极限，但小于其屈服极限时，每次启停的变形量较小，当实际应力大于其屈服极限时，每次启停的变形量就较大。随着启停次数的增加，变形量逐渐积累，总变形量是每启停变形量的总和。在一般情况下，变形均呈现在绕组的端部，故称为转子绕组端部残余变形。根据国内外的运行实践和事故资料表明，这种变形往往会引起槽绝缘磨损、线匝接地（槽口处）、绕组匝间短路等，当变形量达到一定的数值时，会造成绕组局部的紧固件松动、绝缘垫块损坏、拐弯处导线断裂、位移、绝缘脱落和匝间短路。对于绕组直接氢内冷的转子，当绕组的变形量较大时，会引起绕组通风孔错位，甚至堵塞，致使绕组局部严重过热，造成绝缘过热老化或损坏。当这种过热引起转子质量不平衡时，还会使转子的振动增加。
三、预防措施
1.防止转子绕组残余变形。为了防止转子绕组残余变形，针对不同冷却方式的发电机，可采用下列技术措施。1）短时停运时加热和启动前低速预热。发电机短时停运时，转子绕组需用电加热，使平均温度在100℃左右，以保持转子绕组的热状态，让线匝有一定的膨胀，在冷状态启动发电机时，需低速预热，其转速一般为汽轮机的第2暖机转速，预热温度约为额定温升的一半，使转子线匝预膨胀，以减小其升到额定转速时的热应力及变形，对于新投入或更换的转子绕组，并且铜线为软铜，尤需采用以上措施。2）提高氢压降低转子绕组温度。对于低氢压的发电机，应采取加强氢密封的措施，提高氢压运行。3）消除转子绕组变形的根本措施。当发电机转子绕组由于接地，匝间短路，绝缘老化等原因，不能确保电机安全运行而需更换绕组时，宜换用含银铜线，以提高其弹性极限；或将转子绕组改为直接冷却，降低运行温度，这是消除绕组变形的根本措施。4）减小摩擦系数。为了减小转子绕组的摩擦效力，除提高铜线表面的光洁度外，还可在槽楔下绝缘、护环下绝缘、匝间绝缘及槽衬内壁敷设一层高强度的滑移层（一般是聚四氟乙烯喷涂层或编织层）。这样，可以减小摩擦系数，降低摩擦应力，使绕组变形减少。5）保持冷却系统正常。对于直接冷却的转子绕组，必须保持冷却系统正常。对于氢内冷的转子绕组，检修时要仔细测试各风道的风速是否正常，风孔有无堵塞。保持发电机冷却系统正常，是防止转子绕组变形和事故的有效措施。
2.提高制造工艺，加强质量管理。1）发电机制造厂制订严格的制造安装工艺制度，按质量流程要求把好第一道安全关。2）发电厂建立新设备特别是重大设备的跟踪监造制度，当设备制造的必要工艺流程发生变化时及时和厂家沟通处理。3）新机安装时及运行后的大修期间，加强质量监督发现问题及时处理。
3.加强运行管理。1）加强运行设备的运行巡视工作，建立完善的设备管理体系，对重、特大设备实行定期检查和记录，尤其是对自动化程度较高的大机组，应该加强运行中的巡视监督，防止发电机进油或进水。2）严格执行操作票制度，
防止非同期并列对发电机造成冲击，正常运行中及时调整无功防止转子过负荷。
4.加强设备管理。1）建立和完善重、特大设备的事故预案，完成设备的安全性评估，保证设备安全健康的运行。2）完善设备的自动化监测体系，建立相关维护制度，保障监测设备能够正常工作。3）树立正确的安全生产意识，积极跟进缺陷的动态发展，出现异常及时处理，发现机组出力下降或振动超过规定，应立即停机处理。
结论
本文从分析常见汽轮发电机转子匝间短路时的危害入手，研究了转子匝间短路故障对机组振动的影响。在此基础上，分析影响的机理并探讨了预防的措施，希望能实现大型汽轮发电机安全、稳定的运行。
参考文献:
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论文作者:王小海
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
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