水轮发电机转子交流阻抗测量方法及分析论文_张晓燕

(云峰发电厂 吉林集安 134200)

摘要:水轮发电机转子包括磁极、磁极间连线及安装在转子上的励磁绕组引线。交流阻抗测量，是判断转子绕组是否存在匝间短路的最有效的方法。《水轮发电机基本技术条件(GB/T 7894-2009)》、《电气装置安装工程电气设备交接试验标准（GB50150-2016）》中规定，在发电机出厂、交接与大修时，都应测量转子绕组交流阻抗，且要求应在定子膛内、膛外的静止状态下和在超速试验前后的额定转速下分别测量。

关键词:发电机；转子；交流阻抗

1 引言

转子绕组的交流阻抗受到诸多因素影响，如果对测量条件、方法及结果不加以认真分析和判断，很容易得出错误的数据和结论。云峰发电厂2号发电机为现场组装的转子，磁极在生产、运输、拼装等过程中不可避免的存在安全风险，应进行一系列电气试验以检查转子励磁绕组的制造及安装质量是否符合要求。现结合云峰发电厂2号发电机组改造中现场安装的转子磁极，进行转子绕组交流阻抗的测量方法及结果分析。

2 转子绕组匝间短路原因、危害及测量方法

一般情况下，造成转子匝间短路的主要原因有以下几种：制造工艺不良，在绕组绕制过程中存在了匝间绝缘，或匝间绝缘有缺陷；安装时施工工艺不当，如在磁极焊接时金属铁屑等硬粒附着在绕组层间，破坏了层间绝缘造成了匝间短路；运行时，在长期的机械、电、热应力的作用下，绕组产生变形、磨损、脱落等造成匝间短路。

发电转子匝间短路时，严重威胁发电机的安全运行。主要表现在：长期运行中会使短路点局部过热、老化，导致发电机的低励磁或失磁故障，转子回路过负荷保护可能动作，造成机组停机故障。重负荷下失磁转差大，等效电抗小，产生过电流使定子过热等。

判断转子绕组匝间短路的方法有测量绕组直流电阻、发电机空载及短路特性曲线、测量绕组交流阻抗等。前两种方法灵敏度比较低，效果不明显，测量交流阻抗是一种比较灵敏的方法。当绕组中存在匝间短路时，在交流电压作用下流经短路线圈中的短路电流要比正常电流大许多，而该短路电流有强烈的去磁作用，即使在短路匝数很少时效果也十分明显。因此，通过对转子绕组中每个磁极交流阻抗值的相互比较，或与以前测量值相比较，即可以判断绕组是否存在匝间短路。当转子绕组中发生匝间短路时，在交流电压下流经短路线匝中的短路电流，约比正常匝中的电流大n倍（一槽线圈总匝数），它有强烈的去磁作用，并导致交流阻抗大大下降，功率损耗大幅增加。

外施电流法测量单个磁极线圈交流阻抗接线原理如下图所示，其中：TR：调压器；LH：电流互感器；A:电流表；V：电压表；W：功率表。分别测量出U、I、W，按公式: ,计算交流阻抗数值。现场多采用发电机交流阻抗测试仪来进行测量转子交流阻抗，便捷、操作简单。

3 影响测量结果的因素

转子绕组磁极交流阻抗的测量结果主要受如下几个因素影响：磁极是否挂装；磁极是否已连接；试验电压的高低；转子在定子膛内或膛外；定子与转子间隙大小；磁极加垫厚度的影响等。只有将这些外部影响因素综合考虑，才能正确判断转子绕组交流阻抗测量结果，因为在上述条件不同时，所没得的结果均不相同，相互差别也较大。同时，在测量时还应注意以下几点：1.试验用电压应为线电压，以防止相电压中谐波分量的影响；2.试验电压应尽量接近但不能超过额定电压；3.若用指针式电流表直接串于一次回路中时，有时电流难以加入，可将此电流表换为一个测量用电流互感器（TA），电流表改接于TA二次侧；4.转子在定子膛内测量时，在定子绕组中会感应电压，应将定子绕组与外部回路可靠断开。

4 实例分析

云峰发电厂2号发电机转子磁极，共40个磁极，每个磁极线圈由27匝组成，转子绕组的额定励磁电压为276V，额定励磁电流为1220A。

单个磁极在挂装前与挂装后，以及磁极周围环境、磁场等不同时，对单个磁极的交流阻抗测值均有不同影响。

4.1挂装前

单个磁极挂装前同一磁极放置位置不同时，周围环境不同，电磁场不同，测得的交流阻抗数值也有不同。

4.2挂装后

单个磁极挂装后连接前测得的交流阻抗与连接后测得的交流阻抗数值也有不同。由于磁极在挂装后绕组之间存在漏磁通，通过转子磁轭形成相互的匝链，增大了每个磁极的交流阻抗。磁极连接后的阻抗比未连接时阻抗有所增加，是由于磁极连接后，相互之间除了漏磁通外，还存在相互匝链的磁通阻抗。

4.3试验电压高低的影响

由于转子绕组是一个具有铁心的电感线圈，等效电阻很小，电抗占主要部分。测量交流阻抗时，绕组电流将随电压的上升而增加，其磁场强度也相应增加，导致磁通密度增加，使线圈间相互匝链的磁通相应增大，阻抗随之增加。因此阻抗随电流的升高而增加。故应在相同的电流下比较交流阻抗测量值。

4.4定子膛内与膛外的影响

转子处于定子膛内时，磁阻比在膛外时小，因此其阻抗较膛外时大，同时，还受定、转子间气隙大小的影响。转子处于定子膛内时的交流阻抗因挡风板已连接，试验距离不够，故未进行单个磁极测量，而测量的是转子整体磁极的交流阻抗值。在同一电流下，定、转子间气隙大小也直接影响交流阻抗的大小，气隙越大则磁极交流阻抗越小，且处于膛内时的交流阻抗值均大于膛外时的交流阻抗。

4.5膛内静止与额定运行时的

经过以上分析，可知：尽管转子绕组交流阻抗测量方法很简单，但是影响转子绕组交流阻抗测量结果的因素却很多。其中有些在实际工作中较常遇到，必须引起高度重视；而有些则较少遇见，但也容易给人造成误解，甚至导致判断错误。

云峰发电厂2号发电机转子装配完毕，使用转子交流阻抗测试仪，在定子膛内静态下转子施加电压为100V时，测得转子整体交流阻抗值为64.236Ω，转子及励磁回路绝缘电阻为98.5MΩ。

当发电机整机装配完毕，进行膛内转子整机交流阻抗测量。空载试验开机前测得静态下转子施加电压为100V时，交流阻抗值为65.789，转子及励磁回路绝缘电阻为95.3MΩ。空载额定电压下转子施加电压为100V时，测得转子交流阻抗为9.794Ω，此时测得转子及励磁回路绝缘电阻为0。

停机后，再次测得转子及励磁回路绝缘电阻为95MΩ左右。转子已经出现不稳定性接地故障现象。

膛内转子整机静态交流阻抗值

膛内转子整机空载额定电压下动态交流阻抗值

仅从静态下整机交流阻抗测试数据结果判断，还不能有效发现转子部分的缺陷。动态下测试整机交流阻抗，应递升加压测试，读取多点测量数据，并结合动态绝缘电阻及其他试验，综合进行分析判断。

经查找发现，转子馈电线与挡风板间距离近，且馈电线未进行有效固定。当发电机运行时，由于受到震动等原因，转子馈电线与挡风板是接非接，出现虚接地——不稳定性接地现象。而发电机停机后，转子馈电线与挡风板间仍有一定距离，接地现象消失。经处理，将馈电线与挡风板间距大于20mm，馈电线外包绝缘定向玻璃丝带半叠绕少于8层浸胶，外加绝缘护套，且将馈电线进行有效固定。

进行检修处理后，在发电机空载额定电压下再次对转子整机测量动态交流阻抗，数据合格，与静态下交流阻抗基本一一致，如下表所示。

空载额定电压下交流阻抗值

5 结束语

因此，为了准确测量发电机转子绕组的交流阻抗，以及根据测量值来正确判断转子绕组中是否存在匝间短路，应在整机组装完成后在静态和动态下分别测量转子交流阻抗，其测量数值仅能将现测量值与前次测量值及历史值进行比较，并根据以上各种情况加以综合分析和判断，才能下定结论。只有这样，才能确保测量结果的准确性和试验数据的正确性。

参考文献：

陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术.北京：中国水利水电出版社，2009：11

作者简介：张晓燕，女，副高级工程师。

论文作者:张晓燕

论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期

论文发表时间:2020/1/9

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