向秋芳 李小波

（海南核電有限公司 ?？冢?/p>

大型汽輪發(fā)電機轉子繞組匝間短路在轉子故障中發(fā)生頻率較高，其產(chǎn)生或發(fā)展的原因主要有過激磁、異物破壞轉子匝間絕緣、轉子局部冷卻不足導致匝間絕緣受損。早期輕微的轉子匝間絕緣受損危害并不嚴重，但如不能盡早發(fā)現(xiàn)和處理，受損程度會逐漸加重，最終形成匝間短路，嚴重的匝間短路將會導致轉子的局部發(fā)熱、振動加劇，甚至會導致轉子接地故障的發(fā)生。

目前，國內(nèi)大部分電站對轉子匝間短路的診斷多采用傳統(tǒng)的方法，如直流阻抗法、交流阻抗法、匝間壓降法、轉子氣隙波形檢測法等來進行，發(fā)電機制造廠多采用轉子氣隙波形檢測法來檢測匝間短路，但這些方法都很難在匝間絕緣受損初期發(fā)現(xiàn)問題。RSO檢測方法是根據(jù)發(fā)電機轉子繞組分部的對稱性特點，在轉子正負兩極施加一個高頻低壓脈沖信號，同時用示波器觀察相應的輸出響應信號，正常情況下，正負兩極的脈沖響應應該是完全一致的，反應在波形圖上，應該是兩條完全重合的曲線，如果試驗結果顯示正負兩極不能重合，則說明轉子繞組絕緣存在異常。該方法在汽輪發(fā)電機轉子繞組絕緣受損初期就可靈敏檢測出來并精確定位到絕緣受損的線圈，對于由于發(fā)電機制造出廠階段的匝間絕緣檢測也非常有幫助。

一、RSO檢測技術的理論基礎

1.對稱的發(fā)電機轉子結構

機組運行中汽輪發(fā)電機轉子高速旋轉，為了讓高速旋轉的轉子能平衡運轉，設計上要求發(fā)電機轉子結構對稱。一般大型汽輪機是兩極轉子或者四極轉子。大型兩極汽輪發(fā)電機轉子結構見圖1。

圖1 汽輪發(fā)電機兩極轉子結構示意圖

2.汽輪發(fā)電機轉子的絕緣

汽輪發(fā)電機一般為隱極式，其轉子的絕緣結構如圖2所示，槽楔絕緣和槽襯絕緣為主絕緣，槽內(nèi)一般放置6～8匝線圈，匝與匝之間有匝間絕緣，正常運行時，轉子線圈匝與匝之間電壓一般只有幾伏到十幾伏，電壓較低，因此匝間絕緣一般采用Nomex紙或環(huán)氧浸漬玻璃薄片壓縮材料或者云母紙等類似的絕緣材料，其絕緣厚度一般在0.2～0.4 mm。為固定線圈，最上面裝置了槽鍥。

圖2 發(fā)電機轉子一個槽內(nèi)的絕緣結構

發(fā)電機轉子典型的工作環(huán)境特點是溫度高（可達150℃，B級溫升）、機械應力強、機械振動強，工作環(huán)境非常惡劣，因匝間絕緣最為薄弱，是容易出現(xiàn)絕緣失效問題的部位。

二、RSO實驗原理與方法

1.RSO實驗原理與方法

RSO（the Recurrent Surge Oscillograph）重復脈沖試驗法應用的是波過程理論。當行波沿繞組傳播到阻抗突變點時，會產(chǎn)生反射波和透射波，由此在檢測點測得與正?；芈纷杩共灰粯拥捻憫€，根據(jù)響應曲線就可判斷轉子繞組中是否存在絕緣異常的點以及絕緣異常的程度。

試驗接線如圖3所示，在重復脈沖法試驗時，RSO測試儀在轉子正負兩極施加一個高頻低壓的脈沖信號，同時用示波器觀察相應的輸出響應信號，正常情況下，由于轉子繞組分布的對稱型，正負兩極的脈沖響應信號應該完全一致，反映在波形圖上，即兩條相應曲線應當完全重合，其相減波為一條直線，一旦不能完全重合，相減波形出現(xiàn)凸起，說明轉子繞組絕緣存在異常。

2.實驗結果

根據(jù)上述試驗原理和方法，當轉子匝間絕緣沒有問題時，示波器測得的波形圖如圖4所示，當轉子兩端輸入波形基本重合，相減波為一條平滑直線時，說明轉子匝間絕緣良好。

圖3 RSO試驗接線示意圖

圖4 沒有匝間絕緣問題的測試波形圖

當轉子匝間絕緣存在異常時，測試波形圖基本特征如圖5所示，轉子兩端輸入波形不重合，相減波為有凸起或者下凹的地方，說明轉子匝間絕緣有缺陷。

圖5 有匝間絕緣問題的測試波形圖

根據(jù)有匝間絕緣問題的試驗波形圖，可以判斷是否存在匝間絕緣受損以及其嚴重程度，匝間短路的阻抗越大，那么反射波的幅值就越小，通過觀察相減波形的尖峰突起的幅值來判斷匝間絕緣受損的嚴重程度。根據(jù)這一特點，RSO試驗方法能發(fā)現(xiàn)萌芽狀態(tài)的比較輕微的匝間絕緣問題，能為用戶檢修決策的提供重要參考，這是該方法與其他轉子絕緣檢測方法相比的最大優(yōu)點。根據(jù)此波形圖中相減波還可以判斷故障的位置，圖6為計算匝間絕緣問題位置的模型圖，假設脈沖波從A端到B端所用時間是T，脈沖波從A端到故障點所用時間為T1，而整個繞組的長度為L，則可知故障點C距離A端的長度X=T1/T×L，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得知脈沖波在轉子繞組上的傳播速度大約為1.11×108m/s，再根據(jù)發(fā)電機轉子繞組長度可以得出脈沖波在轉子中傳播時間T，而T1則是示波器上尖峰突起的時間的1/2，由此可以計算出X值，從而推出故障在第幾個線圈。

圖6 匝間絕緣問題定位模型圖

3.轉子繞組絕緣的RSO檢測法與其他檢測方法比較

通過與其他轉子繞組絕緣檢測方法進行對比（表 1），就可得出 RSO檢測法有著兩方面的優(yōu)勢，一是轉子繞組匝間絕緣缺陷可早期發(fā)現(xiàn)，二是匝間短路的故障定位可準確到具體的線圈。

三、結束語

汽輪發(fā)電機轉子匝間絕緣的RSO檢測方法有著其它檢測法不可比擬的優(yōu)點，特別適合發(fā)電機轉子狀況的跟蹤分析，適合推廣。大型發(fā)電機在剛出廠時，由于制造和設計原因，轉子繞組或多或少存在匝問絕緣不良的情況，剛開始由于癥狀不明顯，用一般方法難以發(fā)現(xiàn)，隨著長時間的運行，匝問絕緣會逐漸惡化，嚴重的會發(fā)生短路，這個時候再檢測也只能確認是否有短路發(fā)生，對預防發(fā)電機發(fā)生嚴重的匝間短路幫助不大。而RSO試驗從發(fā)電機制造、安裝、調(diào)試直至全周期運行都適用，對發(fā)電機狀況的監(jiān)測非常有利。對于發(fā)電機轉子繞組絕緣狀況的監(jiān)測，如果能把動態(tài)時的氣隙波形測量和每次停機大修時的RSO試驗結合起來使用，將大大加強發(fā)電機的狀態(tài)監(jiān)測效果，這也是汽輪發(fā)電機轉子繞組匝間短路故障監(jiān)測的綜合方法。

表1 轉子繞組絕緣的RSO檢測法與其它檢測方法比較