摘要：由于发电机设计及制造上的不足发生的问题较多，转子绕组匝间故障概率高。目前对转子匝间短路的诊断多采用传统方法，如测量转子直流电阻、交流阻抗、测量转子气隙波等。某抽水蓄能电站采用RSO试验技术及时发现并处理了4号发电机1号转子绕组早期的匝间短路故障，避免转子绕组烧损事故的发生。
关键词：转子绕组；匝间短路；RSO 试验
一、前言
由于大型发电机负荷大、转速高、制造难度大，转子绕组容易出现接地、断路和匝间短路等故障。如果匝间短路故障不能被及时发现，发电机长期运行后容易造成短路点绝缘烧损接地、线棒过热变形，甚至造成转子烧损事故。提前准确诊断转子绕组匝间短路故障具有重要意义。
为了及时发现转子绕组的匝间短路故障，目前主要的诊断方法有直流电阻法、匝间压降法、交流阻 抗法、气隙波形法、重复脉冲法(repetitive surge oscilloscope，RS0)等。其中，重复脉冲法的试验操作简单、现场测量容易、检测灵敏，既可定位又可定量比较匝间绝缘的状况，具有很高的实际操作价值。
二、 RSO 试验原理
所谓RSO（Repetitive Surge Oscillograph）法就是重复脉冲试验法，最早是由英国专家提出的。该方法基于行波（行波技术）传输原理，应用神经网络特征及高频波在相同介质中传输对称性来实现测量。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，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RSO试验原理就是在转子绕组的两端同时注入一个连续的前沿陡峭的低电压脉冲。当脉冲在转子绕组传播时，一旦遇到绕组的特性阻抗上有不连续的地方，就会产生一个反射脉冲，反射脉冲会重新回到注入点，通过分析注入点的波形来分析绕组故障。若比较信号（相减）是一条直线或者能重叠，说明两端的波形完全相同，绕组无问题；如果比较信号不是一条直线或不能完全重叠，就说明在绕组的特性阻抗响应特性曲线不连续，绕组有问题。若反射波形有突起的地方说明匝间存在异常，并且突起的波幅大小就表明短路故障的严重程度。
一般常用的电气试验容易发现对于发电机绕组中的绕组断路、接地故障等常见故障，却难以判断匝间短路。而RSO试验能够较早地发现转子匝间（一匝或多匝）金属性（或非金属性）短路故障，并能准确定位转子绕组匝间短路的具体线圈或具体槽位。
三、 RSO试验接线图
RSO试验接线简单，只需将两根信号线接到转子励磁滑环上，并注入两个完全相同的信号，用“双路信号采集示波设备”采集并显示转子绕组对注入信号的反射波形，然后根据反射波波形进行故障判断及故障定位。
图1 RSO重复脉冲法试验接线
四、 RSO试验在抽水蓄能电站发电机上的应用分析
某抽水蓄能电站发电机有10对向心式磁极，额定励磁电压300V，额定励磁电流1661A，额定转速300r/min。自2009年投产以来，电站按《DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程》要求定期对发电机转子绕组进行相关试验。4号机转子绕组交流阻抗值，如表1。
表1 4号机转子绕组交流阻抗值
从表1可以看出4号发电机1号转子绕组测量值变化较大，初步判断1号转子绕组可能存在匝间短路故障。由于影响转子绕组交流阻抗测量的因素较多，且转子绕组交流阻抗试验对轻微的匝间短路故障反应不灵敏，为了进一步检查1号转子绕组匝间的绝缘水平，随后采用RSO试验方法对发电机转子绕组进行测试，经过示波器记录的试验波形（如图2所示），其中，横轴为幅值（V），纵轴为时间（S）,红、蓝线分别表示从转子正、负极注入和反射的波形，绿线表示两条曲线的差值。
图2中的正、负极相应曲线存在明显的差值，差值可达1V，显示4号发电机1号转子绕组存在匝间短路故障。
五、RSO试验与其他检测方法的比较
（1）交流阻抗和功率损耗法。常用的静态判断转子绕组匝间短路的方法，通过转子绕组的阻抗及损耗值的变化来判断绕组有无匝间短路及其程度，具有简便、实用和较为灵敏的优点，但影响其检测结果的因素较多，如转子转速、短路电阻及其部位、试验电压高低、转子结构、仪器精度、操作人员熟练度等。因此该方法不能作为判断匝间短路的主要依据，要结合其他试验方法才能得出结论。
图2 发电机转子磁极RSO试验波形
（2）直流电压降法。该方法要在转子绕组中通入直流电，用接有毫伏表的探针来测量绕组中各匝间的电压降，在短路绕组上所测得的电压将明显小于正常绕组匝间的电压。此方法对于匝间短路的测量比较灵敏，但其操作比较复杂，需要抽出转子才能测量。
（3）直流电阻法。向转子通直流电流时，转子绕组故障状态的电阻测量值比正常状态的测量值明显偏低，但是如果短路匝数较少(如1～2匝)，其测量电阻变化会很小(少于1)，灵敏度也会很低，因此，该方法虽然操作容易，但只能作为一种参考方法。
（4）RSO试验采用行波测距原理，不需要对转子进行加压测试，试验条件不受限制，测试简单，波形响应差值直接反应了是否存在故障，不需要进行电压电流计算，不受测试精度等因素影响，对于最小单位的匝间短路故障（一匝的短路）反应也非常灵敏。不仅能定性故障，还具备定位功能，根据波形对比结果直接可以确定故障的大概位置。
六、结束语
由于制造和设计原因，大型发电机转子绕组或多或少存在匝间绝缘不良的情况，且投产初期用常规检测方法难以发现其问题。随着机组长时间运行后，转子绕组早期匝间绝缘问题会逐渐恶化，严重的甚至会发生短路接地事故。RSO试验适用于发电机制造、安装、调试直至全寿命周期运行，并可以根据每个转子绕组线圈短路RSO试验波形图及历史RSO试验波形图及早发现转子绕组匝间短路程度及短路位置，为发电机的安全稳定运行发挥重要作用。
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简介：申良（1982-），男，湖南邵东，大学本科，高级工程师，现就职于湖南黑麋峰抽水有限公司，主要从事电厂发电生产运维工作。
论文作者:申良,叶爽,杨恒,吴敏,赵聚平,祝加勇,邱阳
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：绕组论文; 转子论文; 故障论文; 发电机论文; 波形论文; 阻抗论文; 测量论文; 《电力设备》2018年第27期论文;