摘要：汽轮发电机是工业生产中的关键设备之一，在工业生产企业或者发电厂中应用较为广泛，能够有效提升生产效率，提升企业经济效益。但是，由于当前工业生产水平的提升，对于汽轮发电机运行性能提出了更高的要求，其转子匝间短路故障会严重影响设备运行稳定性与安全性。加强其故障位置与原因的诊断，并根据不同故障采取有效的处理方法，是提升汽轮发电机运行效率的关键工作。本文将通过分析汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，探索汽轮发电机转子匝间短路故障处理措施。
关键词：汽轮发电机；转子；匝间短路；故障诊断；处理
汽轮发电机的应用范围逐渐扩大，成为提升我国工业生产水平的重要机械设备。但是，由于制造工艺不良或者热、电作用，导致其运行中容易出现转子匝间短路故障，使得设备励磁电流增大、转子振动增强，严重时会导致设备零部件的损坏与安全事故，不利于生产效率与质量的提升。由于匝间短路故障在设备运行速度降低时会暂时消失，这也给故障的诊断与检修工作带来了一定困难。因此，应该对不同的故障诊断方法进行分析与比较，针对匝间短路故障的特点选择有效的诊断技术，实现故障的及时处理，保障生产工作的顺利进行。比较直流电阻法、交流阻抗及损耗测量法、转子绕组匝间短路的RSO重复脉冲检测法等，是常用的几种匝间短路故障检测方法。
1、汽轮发电机转子匝间短路故障原因与类型
如果在生产过程中端部垫块稳固性较差，容易引起匝间短路的故障；工艺生产水平较低，整形与下线操作不规范，使匝间绝缘遭到损坏，这也是导致短路故障的主要原因；匝间短路故障还会由于金属硬物刺穿绝缘材料中而出现。另一方面，在运行中汽轮发电机转子也会出现匝间短路故障。绕组发生的变形、位移和绝缘垫块脱落等问题，往往是由于热、电等作用造成的，进而造成匝间绝缘失效，引发匝间短路故障【1】。转子绝缘出现老化问题、通风孔堵塞、内部脏污等，也是导致匝间短路故障的主要原因。稳定的匝间短路和不稳定的匝间短路，是转子绕组匝间短路的两种主要形式。其中，前者与转子转速和温度等参数无关；而后者与转子转速和温度有直接关系。
2、汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法
2.1 微分线圈动测法
微分线圈动测法是在定子铁芯的空气间隙表面安装探测线圈，采用切向放置或者径向放置的方法，对于磁通的切向分量和径向分量进行测量。发电机气隙中的旋转磁场，能够被探测线圈微分，在示波器中对探测微分信号进行分析。对于转子匝间短路故障的判断，需要对比转子线圈的感应电动势波形。与此同时，故障位置也可以根据波形判断而确定【2】。故障点的位置和外界条件等，不会对微分线圈动测法产生影响，但是必须保障转子的旋转状态才能够开展诊断工作。
2.1 RSO重复脉冲检测法
在500MW发电机中，RSO重复脉冲检测法率先得到使用，对于匝间短路故障进行诊断。波过程理论是RSO重复脉冲检测法的主要原理，将前沿陡峭的冲击脉冲波施加于发电机转子两极，此过程需要借助于双脉冲信号发生器来完成。阻抗突变点位置有脉冲波进入时，折射波与发射波产生，并采用双线录波器获得响应特性曲线，并由此获得差值波形。如果正负两极脉冲响应特性曲线一致，相减波为直线，那么说明发电机转子不存在匝间短路故障；如果正负两极脉冲响应特性曲线不一致，那么可以判定发电机转子存在匝间短路故障。要想准确定位故障位置，还需要依靠相关辅助手段，并且测试结果会受到转子旋转的影响，这也是RSO重复脉冲检测法的一个弊端。
2.3 两极电压和分包压降法
将交流电通入转子绕组当中，对二极电压进行测量。如果发电机转子未发生匝间短路故障，那么二极电压值应该相等；如果发电机转子存在匝间短路故障，那么测量值不相等。之后对各个分包线圈电压降进行测量，如果线圈出现了短路故障，那么测量电压会显著降低。直流电压降法的应用，需要将直流电通入转子绕组当中，应用毫伏表探针对分包短路线圈电压降进行测量【3】。如果线匝存在短路故障，那么测量电压会明显降低，而且电压值越低的地方离短路故障点位置越近。两极电压和分包压降法，适用于具有辐向通风孔的转子和绕线式转子。
2.4 开口变压器法
在应用开口变压器进行故障检测时，将交流电通入转子绕组，转子槽中漏磁通引起的感应电压的测量，需要借助于开口变压器。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆开口变压器所测电压值，会在短路线匝靠近槽中部位置和底部位置时出现明显降低。但开口变压器法不适用于槽楔中有磁性钢片的情况。
2.5 空载短路试验法
测量励磁电流、空载电压和短路电流，并绘制相应的特性曲线，将相关曲线与原始曲线对比。如果短路匝数较多，那么能够通过曲线差异性的对比，确定发电机转子的匝间短路故障。但是，如果匝数较少则不能起到很好的判断作用。
2.6 比较直流电阻法
测量转子绕组的直流电阻，是大修、小修与交接工作中必不可少的一个环节。测量值应该与初次测量值差距在2%以内，但是在实际工作中由于短路匝数较少，因此测量值很可能不会超过2%。因此，在短路匝数较多的情况下，比较直流电阻法能够起到良好作用，可以作为综合判断的其中一种方法。
3、汽轮发电机转子匝间短路故障处理及防护方法
3.1 现场处理
膛外检查是常用的一种现场处理方式，必须由专业人员对匝间短路故障进行动态多点检测。检查线圈形状时需要利用内窥镜，如果不存在变形状况，后续检查工作则需要利用绕组分布电压试验和两极电压平衡试验。拔护圈和抬线圈局部处理等，是处理匝间短路故障的常见操作，但是现场处理的方式不能够对故障进行彻底解决，只能够保障其短时正常运行。
3.2 返厂处理
抬线圈检测及线圈大修，或直接线圈换新是返厂处理的主要方法，对于匝间短路位点的定位，需要通过检测励端负极与励端正极不同位点来实现。返厂处理的方式能够彻底解决发电机转子的匝间故障，但是维修时间较长，而且费用较高。
3.3 控制设备的制造与安装
在生产过程中，应该加强设备的设计与生产水平，严格遵循生产工艺流程与标准，防止对绕组绝缘造成的损坏。严格规范检验工作，防止金属硬物残留于线圈中【4】。对于安装过程进行监督管理，防止出现包装材料和零配件的缺失，杜绝发电机内部有金属物件混入，确保发电机运行的安全性与稳定性。
3.4 控制发电机运行
尽可能减少启停机组与调峰的次数，防止发电机转子绕组的位移、变形和过热问题由于电热效应而引发。防止发电机的长期过负荷运转，以避免发热问题引起的匝间短路故障。在发电机使用中应该避免油污进入内部，防止绕组绝缘降低引发的匝间短路故障。
3.5 检修与维护
定期进行通风与通流试验，避免通风孔堵塞引起的局部过热，进而引发匝间绝缘烧毁和匝间短路故障。交流阻抗试验，保障试验电压与交接试验一致，确保试验数据的可靠性。对于维护中发现的异常问题，应该及时上报，由专业技术人员进行处理，避免故障的扩大化，保障发电机的安全高效运转。
4 结语
造成汽轮发电机转子匝间短路故障的原因有很多，可以分为制造与运行两个主要方面。针对不同原因导致的匝间短路故障，可以选择微分线圈动测法、RSO重复脉冲检测法和两极电压和分包压降法等，不同故障诊断方法的适用条件也有所差异，在实际工作中应该合理选择。对于发电机的安装设计、运行和维护管理进行控制，是提升其运行性能的有效方法。
参考文献：
[1]董朋，袁超，封建宝，吕建红，孙鸣，刘全.一起1000MW汽轮发电机转子匝间短路故障诊断分析[J].大电机技术，2018（03）：16-19.
[2]袁浚峰.大型汽轮发电机转子匝间短路故障分析与诊断[D].华北电力大学，2017.
[3]李彦浩.汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断的研究[D].华北电力大学（北京），2016.
[4]龙飞，刘为民，王劲松，雷雨，孙士涛，王鹏.大型发电机转子匝间短路故障诊断应用研究[J].华北电力技术，2014（09）：23-26.
论文作者:庄树生
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/6/4
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