【摘要】随着发电机单机容量的不断增大，大型发电机转子绕组匝间短路故障也是日渐增多，而目前对转子绕组的匝间短路故障的检测和判断方法虽然比较多，但大都不是很准确，在故障的初期很难判断出来。本文结合实际案例介绍的RSO实验方法，论述了RSO方法的优点，并与其它检测方法进行了比较。
关键词：发电机，RSO。转子匝间短路。诊断。
1前言
发电机转子匝间短路故障是近几年较为多发的故障类型，对于较为严重匝间短路故障由于转子直流电阻、功率损耗等电气参数发生较大的变化，往往会很直观的反应出故障的类型来。但实践证明，对于动态、轻微的转子匝间短路情况，因电气参数变化不明显，仅依靠分析发电机转子振动与励磁电流、测试直流电阻、转子交流阻抗测量等常规手段往往无法准确判断出故障。由于RSO重复脉冲波形法测试（Repetitive Surge Oscilloscope）具有干扰小、准确度高、检测方便等特点，在转子轻微匝间短路故障判定上得到广泛应用。
2隐极式发电机转子绕组的结构
隐极式发电机转子采用的制造工艺是在转子表面沿轴向铣有安放转子绕组的槽，如图-1所示。每槽内安放6-8匝线圈，导线对地（转子本体）有槽衬绝缘，导线对槽楔有槽楔绝缘 ，每匝之间有匝间绝缘。
图-1转子绝缘结构图
为了保证转子在高速旋转下不产生振动，嵌入槽内绕组导线的截面形状、主绝缘、匝间绝缘应严格保证对称，将转子绕组展开后，如图2所示，从电路方面看，应当是严格对称的。
图-2转子绕组展开结构示意图
3发电机转子匝间短路的检测方法的分析比较
3.1直流电阻法：
当用直流电阻法测量转子绕组的直流电阻时，其电感、电容将不起作用，等值电路如图3所示。如果发生转子匝间绝缘电阻降低其总阻值应该是没有变化，即便是发生金属性短路其总阻值变化也是小于1％，由此可见直流电阻测量法的灵敏度是很低的。
图-3测量转子绕组的直流电阻等值电路
3.2交流阻抗和功率损耗法：
该测量法的试验电源通常是50Hz，绕组匝间电容Czj1～Czjn、绕组对地电容Cj_1～Cj_n视为开路；绕组匝间绝缘电阻Rzj1～Rzjn、绕组对地绝缘电阻Rj_1～Rj_n视为无穷大，其等值电路如图4所示。
图-4测量转子绕组的交流阻抗等值电路
由等值电路图可以看出，在50Hz交流作用下，转子只是一个基本纯感性的电感，当绕组匝间绝缘电阻发生变化时是不会改变电感量，只有在发生金属性匝间短路时才会改变电感量，其变化量很小，换算为阻抗后变化量也是小于1％，而功率损耗只是消耗在导线上的电阻性损耗，即铜损，反映的是电阻的变化情况，其变化量还不及直接测量直流电阻来的准确，再次交流阻抗和功率损耗法也受转子转速、定转子之间气隙、实验电压等等因素的影响，如此也是很难定得出准确的判断结论。
3.3 RSO法
重复脉冲法（RSO）的试验原理：从转子绕组正极和负极分别注入一个幅值相等、波形相同的高频脉冲信号，根据两端接收到的响应波形来判断转子线圈是否存在匝间短路。其测试接线如图-5所示。
图-5 RSO测试接线图
该实验方法应用的是波过程理论（行波技术），正常时正、负极两条响应曲线应是完全重合在一起的，若是转子绕组存在匝间短路，当信号发生器发出的低压脉冲信号（行波）沿绕组传播到阻抗突变点时，会导致反射波和透射波的出现，正、负极两条响应曲线将在短路点处发生不重合的分离现象，由此会在检测点测得与正常回路无阻抗突变时不同的响应特性曲线。
发电机转子匝间短路的诊断技术涉及到两个方面的问题，一是转子匝间短路的早期发现；二是匝间短路的故障定位。RSO能够较早地发现转子匝间金属性短路故障；也可以检测到一匝绕或多匝非金属性短路绝缘故障；并且能够较准确的确定在转子绕组匝间短路的具体线圈或具体槽位。
4 RSO测试法的应用实例
4.1案例一
某电厂1号发电机在运行有#7、#8轴瓦出现振动增大现象，后来在测量转子直流电阻、交流阻抗均正常情况下，通过RSO实验测量波形分析该发电机转子有明显疑似匝间短路现象，见波形如图-6，从波形来看2个响应特性曲线的合成的平展度有明显的突起波幅，判断为转子励端1号线圈有匝间短路的情况，该转子经返厂解体后发现励端的#1槽#1线圈匝间绝缘纸板烧损，构成金属性短路故障。
图-6 RSO实验测量波形
4.2案例二
某电厂6号发电机转子RSO检测结果，故障特征明显，测量波形如下图-7。后经解体
图-7 RSO实验测量波形
检查该发电机转子励端2号线圈拐角焊接处有一匝线圈有明显的轻微发热放电点，构成设备隐患，转子返厂处理。
5结束语
通过RSO重复脉冲波形法测试，辅以转子两极电压平衡测试和匝间电压分布测试等综合测试手段，准确地对该台转子存在的动态、轻微的匝间短路故障作出了早期判断，为设备状态检修、机组长期稳定运行提供了切实可靠的依据。
参考文献:
[1] JB/T 8446—1996[S]．隐极同步发电机转子匝间短路判断方法．
[2] 关建军．大型汽轮发电机转子匝间短路的诊断研究
论文作者:张旭升
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/11
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