葉曉輝

摘要：深入探析發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生匝間短路問題的原因，同時對匝間短路問題進行類別劃分，依據(jù)發(fā)電機停運、在線狀態(tài)羅列應(yīng)用廣泛的發(fā)電機匝間短路故障問題檢測方式，闡釋不同檢測方式的特征。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機轉(zhuǎn)子;匝間短路;故障問題;原因;檢測辦法;

最近幾年，國家電力產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，很多大容量、高參數(shù)的電機機組得以廣泛投產(chǎn)，大型發(fā)電機在高速旋轉(zhuǎn)的時候，轉(zhuǎn)子繞組需要承受巨大的離心力與熱應(yīng)力，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，匝間的絕緣也較為薄弱，同時在設(shè)計、生產(chǎn)、工藝等方面存在不同問題，運行中熱力、電磁與機械等的綜合性影響，會讓轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生位移與摩擦，并且會導(dǎo)致絕緣性能弱化，致使匝間短路故障的產(chǎn)生。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間出現(xiàn)短路問題的時候，故障表現(xiàn)并不明顯，其并不會對發(fā)電機正常運行產(chǎn)生過多影響，所以通常會容易忽視其產(chǎn)生的短路問題?？墒构收蠁栴}的持續(xù)發(fā)展，匝間短路會導(dǎo)致發(fā)電機大軸、軸瓦產(chǎn)生磁化。如果磁化嚴重要及時實施退磁處理，負序磁場會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生損傷影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)接地、燒毀互換等安全事故，嚴重威脅機組實際運行的安全性與穩(wěn)定性。

1產(chǎn)生故障問題的原因

發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障問題產(chǎn)生的原因有一般有兩個層面：

1.1設(shè)計方面

發(fā)電機轉(zhuǎn)子位置的弧線轉(zhuǎn)彎位置曲率半徑比較小，導(dǎo)致外弧翹起，因為離心力的影響，匝間絕緣會被壓斷導(dǎo)致匝間短路故障的產(chǎn)生。

1.2質(zhì)量方面

轉(zhuǎn)子端繞組的固定不夠牢靠，墊塊存在松動的情況。發(fā)電機實際運行當(dāng)中因為銅鐵溫差導(dǎo)致繞組產(chǎn)生位移，設(shè)計上并未使用合理有效的措施。所選擇的匝間絕緣材料質(zhì)量不合格，其中包含金屬性的硬刺，有的繞組銅導(dǎo)線實際加工中出現(xiàn)倒角和去毛刺等，實際運行中會因為離心力的影響下降匝道絕緣刺穿，導(dǎo)致匝間短路的故障問題[1]。

端部拐角的整形不合理，局部位置有很多褶皺，屬于凹凸不平的狀態(tài)，匝間的絕緣墊片不正確、存在漏電或者堵孔的情況，這里所說的孔是直接冷卻形成的繞組通風(fēng)孔。繞組導(dǎo)線焊接頭與相鄰繞組間的連接線焊接位置整形不佳。制造工藝太過粗糙會有工藝性的損傷。轉(zhuǎn)子護環(huán)中殘存著加工處理后剩下的金屬切屑等物質(zhì)。轉(zhuǎn)子線匝存在未銑封孔匝，或者是風(fēng)量不合格等導(dǎo)致過熱嚴重的匝間短路故障問題。

2 故障問題類別的劃分

轉(zhuǎn)子繞組的匝間短路故障問題依據(jù)短路情況是否會伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動、運行情況等而產(chǎn)生變化，劃分成為穩(wěn)定性的匝間短路故障與動態(tài)性的匝間短路問題，一般動態(tài)匝間的短路故障比較多。

遵照故障問題的發(fā)展過程進行劃分，轉(zhuǎn)子繞組匝間短路一般分為萌芽期、發(fā)展期與故障時期。

萌芽時期的轉(zhuǎn)子繞組匝間產(chǎn)生最初的異常征兆，整個機組的實際運行并未受到影響，發(fā)電機組的振動、機組無功、軸電壓以及勵磁電流等都滿足正常運行的要求，故障問題就是局部位置過熱，匝間高阻短路以及存在的污染物等。

發(fā)展時期機組實際運營已經(jīng)表現(xiàn)為異常，匝間短路一般是穩(wěn)定特征的，這個時候的發(fā)電機實際運行中振動幅度較大、無功以及機組勵磁會被影響，實際運行的工況限制并未被沖破。

故障時期，繞組匝道絕緣會存在明顯的短路征兆，發(fā)電機組振動嚴重超標(biāo)，勵磁電流超出了額定要求，轉(zhuǎn)子高度高等不正常運行的情況[2]，其會對發(fā)電機組的穩(wěn)定、安全運行產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地等故障問題，這時候相關(guān)工作者一定要及時進行停機，對故障問題進行及時處理并全面進行檢修。

發(fā)電機繞組匝間的短路故障問題診斷，就是要盡量在故障問題的萌芽、發(fā)展時期進行精準判斷，判斷其具體為哪一種短路問題，對故障問題產(chǎn)生的原因進行探析，明確故障問題出現(xiàn)的位置以及嚴重程度。

3檢測辦法

3.1 停運狀態(tài)下的檢測辦法

發(fā)電機組繞組出現(xiàn)匝間短路故障問題，會致使轉(zhuǎn)子勵磁回路位置的繞組出現(xiàn)短路，機組實際運行中一般都是轉(zhuǎn)子電流上升、無功功率降低、氣隙磁通畸變紙質(zhì)嚴重的機組振動，振動變化趨勢和勵磁電流同時產(chǎn)生，定子饒子電勢與電流當(dāng)中產(chǎn)生諧波成分，轉(zhuǎn)子軸上感應(yīng)到軸電壓等情況。在具體工作當(dāng)中，發(fā)電廠和相關(guān)探究部門提出很多種檢測匝間短路故障問題的有效措施，其中包含：

3.1.1空載試驗辦法

對空載狀態(tài)下的發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流進行測量，把其和歷史測量值進行對比，遵照勵磁電流變化情況對轉(zhuǎn)子繞組的匝間短路問題進行判斷。如果轉(zhuǎn)子繞阻出現(xiàn)匝間短路的故障問題，空載電流會超出歷史數(shù)值。在短路匝數(shù)很少的時候，空載下的勵磁電流增長并不明顯，所以，空載試驗辦法能夠?qū)υ验g短路故障問題進行參考判斷。

3.1.2單開口變壓器的檢測辦法

因為轉(zhuǎn)子饒子中介入交流電以后，轉(zhuǎn)子槽齒會形成交變磁通，所以可以使用一只開口的變壓器與槽齒形成閉合磁路，對所有槽上漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電壓進行測量，遵照線圈感應(yīng)電視數(shù)值與電源電壓夾角對轉(zhuǎn)子饒子是否存在匝間短路故障問題進行判斷。如果短路位置是在線槽上邊，獲得的結(jié)果會較為明顯，短路位置接近槽底或者槽中的時候，開口變壓器感應(yīng)電勢的數(shù)值會顯著降低。相關(guān)測試的結(jié)果表明個，如果磁性槽楔下的線圈產(chǎn)生匝間短路故障，這樣的檢測辦法并不靈敏[3]。

3.1.3雙開口的變壓器檢驗辦法

雙開口的變壓器檢驗辦法，就是針對電磁感應(yīng)相關(guān)原理，把兩個開口的變壓器安裝在轉(zhuǎn)子線圈對應(yīng)的槽齒上，對變壓器進行勵磁電源的是家，在槽內(nèi)線圈存在匝間短路故障的時候，因為一些磁通經(jīng)由另一個變壓器進行閉合，所以會在這個變壓器上將電勢感應(yīng)出來，這個時候再對這個變壓器感應(yīng)電勢進行測量，如果感應(yīng)電勢比無匝間短路形成成倍增加，就表明轉(zhuǎn)子線圈匝間存在短路故障問題。

3.1.4直流電阻的測量檢測辦法

基于轉(zhuǎn)子直流電阻的減少對轉(zhuǎn)子匝間的短路問題進行測量，匝間短路故障問題產(chǎn)生的時候，轉(zhuǎn)子繞組直流電阻數(shù)值也會減少，所以，基于測量獲悉直阻數(shù)值是撿地的，這個時候就表明存在匝間短路的故障問題?？墒窃诋a(chǎn)生匝間短路故障的匝數(shù)并不多時，這樣的方式無法對轉(zhuǎn)子繞組匝間短路問題進行精準判斷。

3.1.5交流阻抗與損耗試驗

對轉(zhuǎn)子不同轉(zhuǎn)速情況下的交流阻抗、功率損耗等進行測量，同時基于相同條件之下的交流阻抗與公路損耗進行對比，甄別轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路的故障問題。通常來講，如果阻抗的下降數(shù)值比較多，功率損耗增加快且多就表明存在匝間短路故障?？墒亲裾諏嶒灲Y(jié)果對轉(zhuǎn)子匝間短路問題的判斷依據(jù)較為模糊。對比來講，功率損耗會比交流阻抗更為敏感，可是其無法對匝間短路問題進行精準判斷。

3.1.6 RSO檢測辦法

RSO檢測辦法源于行波理論，基于雙脈沖信號的發(fā)射器，想轉(zhuǎn)子兩極同步是家前沿陡峭的高頻率沖擊脈沖波，并且對其對稱性進行比較，檢驗轉(zhuǎn)子繞組匝間是否存在短路問題。常規(guī)黃臺下，兩臺相應(yīng)曲線應(yīng)該是非常溫和的。如果兩臺曲線的非吻合度達到一定范圍，就表明轉(zhuǎn)子繞組匝間存在故障問題。

3.2動態(tài)狀態(tài)下的檢測辦法

3.2.1線圈探測法

動態(tài)檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間的短路問題時，比較常用的方式就是線圈探測法，基于在發(fā)電機氣隙當(dāng)中安裝的線圈，對發(fā)電機勵磁電流形成的漏磁量進行探測與測量。正常狀態(tài)下所有槽中的漏磁量和槽勵磁電流的大小屬于正比狀態(tài)。在轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生斷裂故障的時候，會減少槽漏磁量，線圈探測發(fā)遵照漏磁量變化測得數(shù)值對匝間短路問題的所在槽進行判斷。因為漏磁通量比較小，測量過程中較為困難，發(fā)電機帶荷運行中產(chǎn)生的影響比較大，線圈探測方式會將嚴重的波形畸變檢測出來，所以，不能對匝道短路問題進行判斷。常規(guī)做法就是把解列完成的發(fā)電機三相出線進行短接，之后實施勵磁，當(dāng)定子繞組電流達到一定程度的時候，基于動態(tài)檢測裝置獲得氣隙磁場當(dāng)中轉(zhuǎn)子動態(tài)匝間的短路波形。

3.2.2勵磁電流與振動變化檢測辦法

遵照相關(guān)文獻中的記錄，發(fā)電機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生輕微的短路故障，發(fā)電機振動和勵磁電流變化屬于正相關(guān)關(guān)系，其也是對轉(zhuǎn)子匝間短路故障問題進行識別的有效方式。轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生匝間短路故障為題以后，定子氣隙當(dāng)中的電磁場會產(chǎn)生畸變，轉(zhuǎn)子由于被失衡電磁力影響會產(chǎn)生振動，通常勵磁電流增加會導(dǎo)致失衡力的增加，轉(zhuǎn)子振動隨之增加?？墒沁@樣的方式，只能明確發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障問題產(chǎn)生的可能性大，卻無法對短路故障位置進行辨別。

4 結(jié)語

發(fā)動機的實際運行中會產(chǎn)生和無功相關(guān)的震動，檢修工作中轉(zhuǎn)子交流組會有明顯降低，振動去子安和勵磁電流曲線對比來講較為滯后，發(fā)電機的空載特性曲線會降低，抽電壓隨之上升，轉(zhuǎn)子繞組會產(chǎn)生電壓偏差，氣隙探測的波形幅值會下降，轉(zhuǎn)子電流增加，無功功率會減少等都是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子匝間出現(xiàn)短路故障問題的特征，一定要及時進行檢驗與處理。大型發(fā)電機需要安裝轉(zhuǎn)子匝道短路故障的探測線圈，有助于對轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障問題的檢測和查找。

參考文獻

[1]劉攀，趙曉艷，成慧翔，等.發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障診斷研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（11）：109-110.

[2]屠卿瑞，陳橋平，李一泉，等.考慮不同轉(zhuǎn)差的雙饋風(fēng)力發(fā)電機短路計算序分量模型[J].廣東電力，2018（10）：58-66.

[3]鄭海燕，解秀勛，么艷香.基于功率鍵合圖的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模[J].廣東電力.2018（09）：77-82.