用電壓降法定位汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路

摘 要：隨著機(jī)組容量的增加和經(jīng)常性的調(diào)峰，轉(zhuǎn)子匝間短路故障已經(jīng)成為大型發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障之一。本文介紹了隱極式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的電壓降診斷法，通過(guò)測(cè)量各個(gè)線(xiàn)圈的電壓分布，及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組早期匝間短路，定位故障線(xiàn)圈，防止事故的發(fā)生，同時(shí)電壓降法可以提高定位的精確度，大大減少檢修工作量，節(jié)約檢修成本。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī) 匝間短路 電壓降 隱極式同步發(fā)電機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）04（a）-0138-01

因制造工藝、運(yùn)行操作等原因，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路，早期輕微的匝間短路對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行沒(méi)多大影響，但若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，故障將進(jìn)一步擴(kuò)大，會(huì)造成轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流增大、轉(zhuǎn)子過(guò)熱，無(wú)功出力受限，甚至引起機(jī)組振動(dòng)增加，損壞轉(zhuǎn)子繞組，釀成事故。匝間短路根據(jù)轉(zhuǎn)子所處狀態(tài)，可以分為永久性匝間短路和不穩(wěn)定匝間短路（即當(dāng)轉(zhuǎn)速或溫度降低時(shí)故障消失）。故障形式不同采用的診斷方法也不一樣，本文所介紹的電壓降法只適用于診斷永久性的轉(zhuǎn)子匝間短路。

到目前為止，判斷匝間短路的方法主要有比較交流阻抗和功率損耗法、比較直流電阻法、比較三相短路特性法、矢量比較法、開(kāi)口變壓器法、RSO檢測(cè)法、電壓降法等。其中電壓降法相對(duì)于其它診斷方法，具有定位故障線(xiàn)圈，防止事故的發(fā)生，同時(shí)電壓降法可以提高定位的精確度，大大減少檢修工作量，節(jié)約檢修成本。

1 轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路的機(jī)理和征兆

轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈匝間短路故障的主要原因是：轉(zhuǎn)子線(xiàn)匝絕緣的移動(dòng)、轉(zhuǎn)子端部的熱變形、線(xiàn)圈端部墊塊的松動(dòng)或護(hù)環(huán)絕緣襯墊的老化，小的導(dǎo)電粒子或碎渣進(jìn)入轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈端部及通風(fēng)溝。匝間短路能造成轉(zhuǎn)子熱平衡的破壞，轉(zhuǎn)子漏磁場(chǎng)發(fā)生變化，定子繞組并聯(lián)支路的環(huán)流及主軸、軸承座的磁化（軸電壓的升高），其影響程度主要取決于短路的程度及部位。

轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路，在運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下征兆：（1）機(jī)組振動(dòng)增大；（2）勵(lì)磁電流增大，振動(dòng)幅值增大；（3）發(fā)電機(jī)出口風(fēng)溫提高，振動(dòng)幅值增大；（4）在勵(lì)磁電壓不變的條件下，勵(lì)磁電流增大；（5）勵(lì)磁電流增大，而無(wú)功卻變小或不變。根據(jù)以上這些特征，可以比較準(zhǔn)確地識(shí)別轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈是否發(fā)生匝間短路故障，但確定轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈的匝間短路，是需要依靠完備的試驗(yàn)設(shè)施對(duì)發(fā)電機(jī)本體進(jìn)行檢查試驗(yàn)才能得出完整正確的結(jié)論的。

2 電壓降法的基本原理和檢測(cè)方法

在轉(zhuǎn)子繞組中通入交流電，測(cè)量轉(zhuǎn)子正負(fù)極電壓。如果兩極電壓相等則說(shuō)明不存在匝間短路，不相等時(shí)說(shuō)明存在匝間短路，同時(shí)依次測(cè)量各個(gè)線(xiàn)圈的電壓降，在存在匝間短路的線(xiàn)圈上測(cè)得的電壓降將明顯減少。如下圖，測(cè)量正負(fù)極各個(gè)線(xiàn)圈的電壓分壓，然后通過(guò)比較即可。

下面以我廠#2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子用電壓降法的測(cè)量數(shù)據(jù)作為說(shuō)明。我廠的#2發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN4-600-2型汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為隱極式，轉(zhuǎn)子本體設(shè)有32個(gè)嵌線(xiàn)槽。轉(zhuǎn)子每極下共有8個(gè)線(xiàn)圈，其中1號(hào)線(xiàn)圈為6匝，2～8號(hào)線(xiàn)圈為8匝，每匝導(dǎo)體由上下兩根銅排組成，總共124匝。

轉(zhuǎn)子繞組的兩極線(xiàn)圈具有很好的對(duì)稱(chēng)性，測(cè)量各個(gè)線(xiàn)圈之間的電壓分布，并一一對(duì)應(yīng)地進(jìn)行比較，就可以準(zhǔn)確地判斷出轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障，并且可以對(duì)線(xiàn)圈匝間短路缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。

對(duì)轉(zhuǎn)子繞組施加交流電壓98.8 V，各個(gè)線(xiàn)圈的電壓測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

從表中數(shù)據(jù)可分析出轉(zhuǎn)子正負(fù)極不存在永久性的匝間短路。

當(dāng)查找到短路線(xiàn)圈后，可在轉(zhuǎn)子繞組線(xiàn)圈中通入直流電，利用接有毫伏表的探針依次測(cè)量短路線(xiàn)圈中各線(xiàn)匝間的直流電壓降，在短路線(xiàn)匝上所測(cè)得的電壓將明顯減少，且靠近短路處的電壓最低。

3 結(jié)語(yǔ)

匝間短路故障在大型汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中屬于比較常見(jiàn)的故障，伴隨而來(lái)的可能還有轉(zhuǎn)子接地、大軸磁化、機(jī)組振動(dòng)等更嚴(yán)重的故障。電壓降法能有效地發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路故障，特別是對(duì)早期匝間短路比較靈敏。并能準(zhǔn)確定位故障線(xiàn)圈，因此，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行直流電阻和交流阻抗試驗(yàn)外，還要測(cè)量轉(zhuǎn)子兩極分布電壓和每個(gè)線(xiàn)圈的分布電壓，并將測(cè)量結(jié)果與歷次值進(jìn)行比較，與直流電阻值和交流阻抗值進(jìn)行綜合分析，這對(duì)及時(shí)%準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子匝間短路故障，把故障消滅在萌芽狀態(tài)，保證安全運(yùn)行，防止故障擴(kuò)大具有重要意義。

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