大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断

大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断

周智

山东核电有限公司， 265100

摘要：随着我国电力工业的发展进步，当下汽轮发电机功率越来越大，基本在600MW或者以上，这类大型汽轮发电机转速快，并且电压等级非常高，所以转子非常容易出现问题，除了接地、开路，就属匝间短路故障次数最多。虽然转子绕组匝间短路属于轻微故障，并且在初期阶段，不会对发电机的运行造成较大的影响，但如果不及时处理，发展成严重的匝间短路，就会限制发电机无功功率，甚至会造成转子烧毁事故。本文针对大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断进行分析，提出有效的诊断方法作为有利参考。

关键词：汽轮发电机；匝间短路；故障诊断

引言：引发转子绕组匝间短路故障的原因有很多种，最常见的可能就是检修期间，遗留下异物刺破绝缘，从而导致这个问题出现，其次还有转子绕组自身质量问题，以及绝缘材料品质较差，都会引发匝间短路。该故障早期没有明显的特征，所以很容易忽视这个问题，虽然早期不会有太大的问题，但随着匝间短路的逐步恶化，就会引发一系列的后果，为了避免危及发电机的运行，必须及时进行故障诊断，并做出有效的治理措施。

一、转子绕组匝间短路故障原因

1.转子制造工艺结构

我国的大型汽轮发电机组，多是通过引进国外的技术，自己研发制造出来的，在技术上还没有做到完全吸收，所以制造的产品本身就存在一定缺陷。其次制造工艺、水平、材料等方面，与国外有着很大差距，设备的稳定性会较为薄弱，在运行过程中，因为高电压、大电流等因素，导致运行环境相对较差，所以对设备的性能要求非常苛刻。我国在该方面技术还不成熟，所以制造出的设备，出现问题的机率较大，尤其是转子匝间短路故障，出现次非常多，由国内某电厂生产的两台600MW汽轮发电机，先后出现过该故障，最终只能进行返厂修理，最终带来了很大的经济损失。

2.转子运行维护方面

由于大型汽轮发电机，长期频繁的调峰运行，所以造成转子运行工况频繁变动，尤其是温度上的变化，会让转子材料承受较大的交变热应力，这对转子本身也是一个较大的考验。除此之外发生转子匝间短路故障前，可能会出现其他问题，例如发电机进油，也就是油氢差压调节阀性能不好，导致密封油漏入了发电机，这会转子产生严重的影响，甚至是引发匝间短路的问题，这都是运行维护时的疏忽导致。

二、RSO与气隙探测线圈法

在大型汽轮发电机运行过程中，导致匝间短路故障的原因有很多，为了能够有效诊断故障，一系列的检测技术也随之产生，其中最长用的两种诊断方法为RSO和气隙探测线圈法。其中RSO是重复脉冲的简称，这种方法操作非常简单，具有明显的检测优势，可以有效确定故障位置，从而针对性处理。其次RSO无论转子静态还是动态，都能进行有效测量，而且便于发电机长期诊断，对于转子匝间短路初期，可以有效检测出问题位置，这样就能预防故障继续发展。气隙探测线圈法通过分析比较，转子绕组各槽线圈的感应电势，从而判断出转子绕组是否存在匝间短路的问题，对故障位置与短路程度的诊断，会相对比较直观一些。两种方法都有不错的效果，在使用上可以进行互相补充验证，不过RSO灵敏度明显更高。

三、RSO与气隙探测线圈法的原理

1.气隙探测线圈法

由于大型汽轮发电机，在正常情况下与匝间短路的情况下，气隙磁场分布会有所不同，所以没有发生短路故障时，转子间的气隙磁场波形近似于梯形，而发生匝间短路故障时，会出现转子励磁绕组短路效应，这时故障位置的磁场会削弱，电势波形发生凹缩的变化。气隙探测线圈法，就是基于这种原理，来实现对故障的检测，通过得到匝间短路故障的波形，来分析故障位置与程度，并且是较为准确的。另外该方法在计算过程中，考虑带了电机的饱和与齿槽效应，所以计算结果更为精确，不过可以根据机组的实际情况来选择使用。

2.RSO

重复脉冲检测方法，其原理就是基于传输线理论，也就是在转子绕组的两端，或者轮换输入一个脉冲信号，通过两端捕捉到的输入、反射信号，叠加产生相应波形，最后通过比较两端波形，来判断转子绕组中的短路问题以及具体的故障程度。这种方法灵敏度比较高，而且能诊断出短路故障的精准位置、故障程度等，效果是非常出色的，逐渐成为实用性最高的检测方法。虽然该方法灵敏度高，但在实际检测过程中，还需要注意几个问题，首先是对绕组与轴体之间的电压监测，其次转子绕组必须与励磁回路断开，这样才能准确诊断出故障，避免造成错误判断的现象。

四、RSO与气隙探测线圈法的总结

1.关于气隙探测线圈法

气隙探测线圈法，是转子绕组阻抗的变化，而且匝间短路、绝缘变化以及线圈的状态，都会引发阻抗发生变化，所以探测线圈反应出的阻抗变化比例，不一定是绕组实际短路比。在汽轮发电机空载并且没有外接主变时，探测线圈可以直观诊断出短路的程度与位置，但是不容易诊断出轻微的短路故障。在切向探测线圈和径向探测线圈的数值，可以看出切向探测线圈，对短路的反应比径向探测线圈更为灵敏，在机组空载的条件之下，也更为接近实际的短路情况。

2.RSO

RSO是现在使用较多的诊断方法，在实际的使用过程中，可以将测量到的RSO波形与厂家提供的模拟故障波形进行对比，通过数据以及相应的变化，来判断出匝间短路故障的位置与程度。RSO具有较高的灵敏度，而且要比气隙探测线圈法更为灵敏，所以能够轻易检测出早期的短路故障，以及轻微的短路故障，这是RSO的一大应用优势，不过由于波形容易受到转子阻抗变化影响，所以诊断结果不够直观、精准。其次就是出现多出短路故障时，RSO并不能做到准确分析，因为波形变化过于复杂，很难去利用模拟故障波形进行对比，所以要根据匝间短路的实际情况来选择使用诊断方法。

五、其他故障诊断方法

当然除了以上的两种，比较常见的诊断方法外，还有一些使用的方法，例如单导线微分法、分布电压法等等，都能有效诊断、确认匝间短路故障，使用时可以根据情况来选择。分布电压法的原理是从转子绕组通风孔直接测量绕组匝间压降，从而诊断出短路故障所在，不过这种方法遇到短路点较多或者短路点接近时，就没有办法进行准确诊断，所以使用相对较少。至于单导线微分法，并不是适用于大型汽轮发电机，所以该方法使用会有一定限制。

结束语

综上所述，在大型汽轮发电机转子运行过程中会因为诸多因素导致绕组匝间短路故障的出现，这会阻碍汽轮发电机的正常运转，因此我们应该重视该问题，并通过恰当的方式进行故障解决。当前我们常用的解决方式是ROS与气隙探测线圈法，根据不同的情况应该进行合理选择。转子制造工艺结构和转子的运行维护都会对其运行造成影响，我们应该客观分析短路故常的原因，重视汽轮机的日常维护工作，从多方面保证发电机的正常运行。

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