淺談發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障檢查和判斷

田野

【摘 要】通過在汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)定子線圈上預(yù)裝的探頭，測量轉(zhuǎn)子線圈感應(yīng)的電勢，分析氣隙磁勢的變化，逐個(gè)比較各槽的磁勢峰值，找到波形不一致的波形，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的自動判斷，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，進(jìn)行故障查找和判斷。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子;匝間保護(hù);氣隙磁勢;故障查找和判斷

【Keywords】 generator rotor; turn-to-turn protection; air gap magnetic potential; fault finding and judgement

【中圖分類號】TB857+.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2018）12-0184-02

1 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，為了滿足國家建設(shè)的需要，提高能源的可持續(xù)發(fā)展，減少碳排放，各大發(fā)電企業(yè)向著大容量、高自動化管理的方向發(fā)展。而在這其中，汽輪發(fā)電機(jī)作為汽輪發(fā)電廠的三大主機(jī)之一，其可靠性對于發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有舉足輕重的作用。

火力發(fā)電廠的汽輪發(fā)電機(jī)通常采用兩級設(shè)計(jì)，額定轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子處于連續(xù)的高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中，并且還要承受電網(wǎng)故障和熱負(fù)荷變化帶來的沖擊，因此，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子故障的在線監(jiān)測尤為重要。在轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)過程中由于機(jī)組容量不斷增大、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足和安裝技術(shù)復(fù)雜、加工工藝不良等原因，造成汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相對位置發(fā)生變化，時(shí)常出現(xiàn)不同槽隙的不同匝的接觸，最終導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在已運(yùn)行的機(jī)組發(fā)電機(jī)故障中，其中占比較大就有轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障（頻率達(dá)到11.4%以上），并且故障造成的危害較為嚴(yán)重，故障處理困難，恢復(fù)時(shí)間長。近年來，國內(nèi)不同發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家和科研院校對轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障的研究非常重視。

本文通過波形法與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合的思路，測量發(fā)電機(jī)氣隙磁勢，判斷各槽的磁勢峰值，從而自動判斷轉(zhuǎn)子是否匝間短路的方法。

2 波形法的工作原理

所謂波形法就是通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子氣隙電動勢的波形進(jìn)行比對。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子制造或大修時(shí)預(yù)留磁通傳感器的安裝位置，發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)不同槽的線圈依次經(jīng)過磁通傳感器，傳感器檢測到轉(zhuǎn)子的漏磁通，形成感應(yīng)電勢波形，正常情況下，A極和B極對應(yīng)的槽徑的感應(yīng)電壓幅值應(yīng)相近，偏差不超過5%，當(dāng)偏差超過5%時(shí)，發(fā)出報(bào)警，進(jìn)行分析判斷，查找轉(zhuǎn)子線圈是否存在匝間短路的故障[1]。

其工作原理如下，由電勢波形反映電機(jī)氣隙磁通密度的變化，即磁通變化引起電機(jī)轉(zhuǎn)子各槽之間槽漏磁通在感應(yīng)線圈中感應(yīng)的電動勢發(fā)生的變化，來確定匝間短路是否發(fā)生。發(fā)電機(jī)氣隙磁密中轉(zhuǎn)子齒槽分量和該槽的安匝數(shù)成正比。如果轉(zhuǎn)子繞組某槽內(nèi)線圈出現(xiàn)匝間短路，該槽對應(yīng)的氣隙齒槽磁密在探測線圏上感應(yīng)的電勢將相應(yīng)減少，通過對該電勢波形的分析計(jì)算，其結(jié)果可作為判定被試轉(zhuǎn)子存在匝間短路的依據(jù)之一。

在磁通傳感器線圈感應(yīng)的電勢，主要分成四路信號，經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換裝置將徑向、切向、有功、無功等信號輸入后臺管理服務(wù)器，后臺管理服務(wù)器通過32個(gè)槽位的徑向信號針對專用的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)曲線模板，針對不同的槽徑進(jìn)行分析比對。若發(fā)現(xiàn)單個(gè)槽位或局部槽位的電勢偏差較大時(shí)，說明某單個(gè)槽位或局部槽位可能存在發(fā)生匝間短路故障的安全隱患。再通過“實(shí)時(shí)磁通圖”進(jìn)行進(jìn)一步故障判斷，制定應(yīng)急故障處理方案，合理安排檢修工期。

3 傳感器的安裝

第一， 發(fā)電機(jī)出廠前可以進(jìn)行配合預(yù)埋傳感器。

第二，現(xiàn)場永久性安裝的磁通探頭必須在新安裝或大修期間，移去轉(zhuǎn)子后進(jìn)行安裝。磁通探頭被安裝在定子槽楔上接近汽端3點(diǎn)或9點(diǎn)的位置上。軸向位置通常不是很關(guān)鍵的，然而，在使用磁性轉(zhuǎn)子槽楔的轉(zhuǎn)子上，在定子中安放磁通探頭非常重要。因?yàn)榇判圆坌▽⒎至鬓D(zhuǎn)子槽楔漏泄磁通的一大部分，并對這些線圈的靈敏度顯著減少，所以磁通探頭將安裝在槽楔環(huán)的上方，要求此部位采用非磁性材料。

第三，磁通探頭電纜被送出定子孔，通過端部繞組到達(dá)發(fā)電機(jī)外罩。密封套管和磁通探頭電纜在接近密封套管的地方被連接。整條電纜用環(huán)氧樹脂黏合在支撐的表面。安裝磁通探頭、密封套管、連接和環(huán)氧樹脂粘接電纜的整個(gè)過程需要5到8小時(shí)，相當(dāng)方便快捷。用膠和銷釘將磁通探頭安裝在一個(gè)定子槽楔上，此磁通探頭安裝在定子槽楔的9點(diǎn)鐘位置上。

4 應(yīng)用案例

4.1 福建某電廠轉(zhuǎn)子絕緣紙甩出

2011年，福建某電廠4#發(fā)電機(jī)安裝ROM轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測儀器，電極主槽第3和第5顯示報(bào)警。將電極從槽的數(shù)據(jù)180°旋轉(zhuǎn)后和電極主槽的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并主要觀察近過零點(diǎn)1～9線圈的數(shù)據(jù)比較。電極B的第5槽和第3所測值偏低。該廠進(jìn)行發(fā)電機(jī)大修抽出轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣紙甩出。

4.2 天津某電廠轉(zhuǎn)子匝間短路

該廠2#機(jī)組轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測裝置診斷出B極6號和7號槽線圈存在輕微短路現(xiàn)象，波形見圖2。4月15日抽出轉(zhuǎn)子檢查，發(fā)現(xiàn)B極6號槽和7號槽的端部線圈異常接近，若未及時(shí)處理就會導(dǎo)致6號和7號線圈短路[2];經(jīng)分析是由于制作工藝和事故沖擊造成線圈變形，見圖3。

5 結(jié)語

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是發(fā)電機(jī)的主要組成部分，其匝間短路故障是較常見的故障。使用波形法通過安裝在定子槽中的傳感器對發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度波形進(jìn)行檢測，檢測數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、全部由計(jì)算機(jī)完成。準(zhǔn)確地判斷出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在運(yùn)行中發(fā)生短路的槽位及短路程度，有效提高設(shè)備的可靠性。結(jié)合交互式判斷軟件讓用戶從波形直觀地判斷故障的存在。該設(shè)備的使用為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障的早期發(fā)現(xiàn)及診斷提供了很好的工具，為電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。

【參考文獻(xiàn)】

【1】李永剛， 李和明. 在線檢測汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障方法研究[J]. 電力系統(tǒng)自動化， 2002， 26（20）：47-49.

【2】敖觀佑. 600MW汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路在線判斷與應(yīng)用[J]. 大科技， 2017（18）：26.