摘要：大型汽轮发电机转子绕组故障时一种常见的电气故障，但目前的检测方法大多不是很灵敏，很难再故障早起做出有效判断。本文介绍了常见的几种转子匝间短路的诊断过程，探讨了重复脉冲法在早期匝间绝缘缺陷分析中的应用，对发电机安全稳定运行有重要意义。
关键词：汽轮发电机转子；匝间短路；重复脉冲法（RSO，Repetitive Surge Oscillograph）
引言
大型汽轮发电机转子匝间短路时有发生，其产生和发展的原因主要有：①转子在生产过程中或者检修期间遗留的异物刺破绝缘，从而导致匝间短路；②转子绕组加工工艺不良，绝缘材料品质差，容易发生劣化；③运行中到点微粒从通风口进入；④在电、热和机械应力联合作用下，转子绕组发生变形、位移，致使匝间绝缘破损[1]。
发电机转子匝间短路故障对机组能否安全运行有很大影响，早起的故障特征并不明显，转子振动幅值、绕组温度、励磁电流偏离正常值。如果长期运行下去，匝间短路很有可能逐步恶化，短路点过热可能导致匝间绝缘垫条的损伤，线棒过热可能会导致变形，任其发展还可能引起转子绕组接地故障直至引起机组非停。另外进一步加剧转子运行中的振动，轴电压升高，可能损坏转子护环，导致大轴磁化并进而烧伤轴瓦或轴径，严重危及发电机的安全运行，因此尽早发现转子绕组的匝间短路问题就显得尤为重要。
1转子匝间短路诊断方法
在机组运行过程中，发电机发生早期转子匝间绝缘下降和表象有很多：例如发电机轴振与机组无功（励磁电流）同向增减、发电机励磁电流大幅增加、发电机转子交流阻抗变小等等，由这些现象而产生的检测方法多种多样，但其优缺点也是十分显著。今年来常用的转子匝间短路诊断的方法有：重复脉冲（RSO）法、探测线圈波形法、励磁电流增幅检测法、转子交流阻抗和功率损耗测试及转子振动与励磁电流正相关性判断法。
重复脉冲（RSO）法的实验条件可在转子处于膛外、膛内或不同转速下进行，其状态评估灵敏度高，可以作为早期绝缘劣化的依据，也可以定量判断匝间短路故障严重程度，重复脉冲（RSO）法能够进行故障位置定位，可精确到某一个线圈；探测线圈波形法适用于定子膛内安装有探测线圈等磁通传感器的发电机，其状态评估在匝间短路初期灵敏度不高，能够定性分析，但对分析者水平有一定要求。探测线圈波形法可以定位故障位置；励磁电流增幅检测法可在发电机空载、短路试验及正常运行等不同状态下进行检测，其状态评估只能简单定性分析，一般用作参考，有一定局限性。励磁电流增幅检测法无法定位故障位置；转子交流阻抗和功率损耗测试可在静止、旋转、膛内、膛外、状态下进行测量，其状态评估较为灵敏，可以检测出已有故障，但需要与历史数据比对，且难以诊断出早期匝间短路。转子交流阻抗和功率损耗测试无法定位故障位置；转子振动与励磁电流正相关性判断法适用于已配置可实时监测或记录发电机转子振动曲线与励磁电流曲线装置的发电机，其状态评估不能作为匝间短路主要依据，应结合其它检测手段综合判断。转子振动与励磁电流正相关性判断法无法定位故障位置。
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综上所述，重复脉冲（RSO）法在检测汽轮发电机转子匝间短路方面有着无可比拟的优势，该方法操作机接线比较简单，还可以精确定位故障位置。无论转子在静态还是动态，膛内还是膛外时，都可以利用重复脉冲（RSO）法进行测量，便于发电机建立起长期诊断数据。灵敏度高，有效预防匝间短路故障的发展。往往大型汽轮发电机在出厂时，由于制造工艺不良或者设计缺陷，导致了转子或多或少的存在着绝缘不良的情况，由于在萌芽期的特征不明显，很难发现或者忽视了问题的严重性。在之后的运行过程中匝绝缘不良的问题被暴露出来，严重时会导致匝间短路的发生，这时候在检测也只能确认故障的严重程度，对预防转子匝间堵路来说为时已晚。重复脉冲法适用于机组制造、调试、检修各个阶段，如果能把各个阶段的RSO实验结果综合比较分析，建立起数据库，将大大增强了发电机转子状态检测效果，有利于预防匝间短路的发生。
2 ROS试验原理与方法
重复脉冲（RSO）法是可以用来判别转子匝间短路情况的一种试验方法。国家能源局在2014年颁布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中提到“……应在检修时通过探测线圈波形法或RSO脉冲测试法等试验方法进行动态及静态匝间短路检查试验……”，在DL/T1526-2016《隐极同步发电机转子匝间短路故障诊断导则》中也将其列为 转子匝间短路有效诊断方法之一。
重复脉冲（RSO）法的主要原理是在转子绕组的两端或者轮换输入一个脉冲信号，这是两端会捕捉到输入信号与反射信号叠加产生的波形[2]为注入点波形，通过比较两端注入点波形相减得到的特性曲线来判断转子绕组中是否存在匝间短路现象以及故障严重程度。
虽然转子绕组结构复杂，但由于其对称性，在没有匝间短路的转子中，我们得到的特性曲线基本是一条直线，在存在匝间短路的转子中，由于短路造成的阻抗不连续，将会残生较大的反射波，反映在特性曲线上则会出现波峰或者波谷。突起的幅值，与匝数和短路电阻相关。故障点距离脉冲起始点越远，突起幅值越小；短路的阻值越小，突起幅值越大。突起的位置与短路点的位置相关，先计算出脉冲从初始位置传播到故障点的时间与总传播时间，再用两者的比例和发电机转子相关参数就可以大致定位故障点的位置。
3结束语
发电机转子绕组匝间短路故障时发电机转子常见的故障之一，虽然早起影响不是很大，但如果任其发展就会产生很大的危害，所以转子绕组匝间短路故障诊断要引起我们的高度重视。本文通过对发电机转子绕组匝间短路故障的诊断与分析，探讨了重复脉冲（RSO）法在故障诊断与定位中的应用。重复脉冲（RSO）法和其他诊断方法比较起来简单易行，能在绝缘状态异常的早起发现问题，对短路点进行大致定位，并及时处理。这一方法在大型汽轮发电机组上的应用将大幅减轻设备检测工作量度，提高故障判定的及时性和可靠性。
参考文献：
[1]吴玉辉，席斌，余学文，等.一起汽轮发电机转子匝间短路缺陷的查找与分析[J].大电机技术，2012（1）：1-4.
[2]纪璇，李永刚，肖小清.珠海发电厂发电机转子振动异常问题诊断[J].广东电力，2010，23（5）；66-69.
论文作者:辛志东
论文发表刊物:《电力设备》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/23
标签：转子论文; 发电机论文; 绕组论文; 故障论文; 脉冲论文; 电流论文; 汽轮发电机论文; 《电力设备》2019年第12期论文;