淺談發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間故障檢查和判斷

田野

（內(nèi)蒙古京科發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 興安盟科右中旗 029400）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，為了滿足國家建設的需要，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)電機作為汽輪發(fā)電廠的三大主機之一，其可靠性對于發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運行具有舉足輕重的作用。

火力發(fā)電廠的汽輪發(fā)電機通常采用兩級設計，額定轉(zhuǎn)速達到3000r/min，發(fā)電機的轉(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)故障和熱負荷變化帶來的沖擊，因此，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子故障的在線監(jiān)測尤為重要。在轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)過程中由于機組容量不斷增大、設計經(jīng)驗不足和安裝技術復雜、加工工藝不良等原因，造成汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組相對位置發(fā)生變化，時常出現(xiàn)不同槽隙的不同匝的接觸，最終導致汽輪發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的故障。據(jù)統(tǒng)計，在已運行的機組發(fā)電機故障中，其中占比較大就有轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障（頻率達到11．4%以上），并且故障造成的危害較為嚴重，故障處理困難，恢復時間長。近年來，國內(nèi)不同發(fā)電機生產(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)字技術相結(jié)合的思路，測量發(fā)電機氣隙磁勢，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)電機轉(zhuǎn)子氣隙電動勢的波形進行比對。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子制造或大修時預留磁通傳感器的安裝位置，發(fā)電機運行時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，形成感應電勢波形，正常情況下，A極和B極對應的槽徑的感應電壓幅值應相近，偏差不超過5%，當偏差超過5%時，發(fā)出報警，進行分析判斷，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氣隙磁通密度的變化，即磁通變化引起電機轉(zhuǎn)子各槽之間槽漏磁通在感應線圈中感應的電動勢發(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，該槽對應的氣隙齒槽磁密在探測線圏上感應的電勢將相應減少，通過對該電勢波形的分析計算，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器，后臺管理服務器通過32個槽位的徑向信號針對專用的數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換成標準曲線模板，針對不同的槽徑進行分析比對。若發(fā)現(xiàn)單個槽位或局部槽位的電勢偏差較大時，說明某單個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“實時磁通圖”進行進一步故障判斷，制定應急故障處理方案，合理安排檢修工期。

圖1 安裝原理圖

3 傳感器的安裝

第一，發(fā)電機出廠前可以進行配合預埋傳感器。

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)子后進行安裝。磁通探頭被安裝在定子槽楔上接近汽端3點或9點的位置上。軸向位置通常不是很關鍵的，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。因為磁性槽楔將分流轉(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，通過端部繞組到達發(fā)電機外罩。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過程需要5到8小時，相當方便快捷。用膠和銷釘將磁通探頭安裝在一個定子槽楔上，此磁通探頭安裝在定子槽楔的9點鐘位置上。

4 應用案例

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)進行比較，并主要觀察近過零點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。該廠進行發(fā)電機大修抽出轉(zhuǎn)子進行檢查，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，若未及時處理就會導致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。

圖2 波形圖（第6槽和第7所測值偏低）

圖3 B極6號槽和7號槽的端部線圈異常接近

5 結(jié)語

發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組是發(fā)電機的主要組成部分，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)電機氣隙磁通密度波形進行檢測，檢測數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、全部由計算機完成。準確地判斷出發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組在運行中發(fā)生短路的槽位及短路程度，有效提高設備的可靠性。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。該設備的使用為發(fā)電機轉(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)濟運行提供了保障。