發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障原因及檢測(cè)辦法研究

葉曉輝

摘要：深入探析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生匝間短路問題的原因，同時(shí)對(duì)匝間短路問題進(jìn)行類別劃分，依據(jù)發(fā)電機(jī)停運(yùn)、在線狀態(tài)羅列應(yīng)用廣泛的發(fā)電機(jī)匝間短路故障問題檢測(cè)方式，闡釋不同檢測(cè)方式的特征。

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

最近幾年，國(guó)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(jī)機(jī)組得以廣泛投產(chǎn)，大型發(fā)電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)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(shí)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工藝等方面存在不同問題，運(yùn)行中熱力、電磁與機(jī)械等的綜合性影響，會(huì)讓轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生位移與摩擦，并且會(huì)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(jī)轉(zhuǎn)子匝間出現(xiàn)短路問題的時(shí)候，故障表現(xiàn)并不明顯，其并不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生過多影響，所以通常會(huì)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(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)大軸、軸瓦產(chǎn)生磁化。如果磁化嚴(yán)重要及時(shí)實(shí)施退磁處理，負(fù)序磁場(chǎng)會(huì)對(duì)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(yán)重威脅機(jī)組實(shí)際運(yùn)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(jī)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(gè)層面：

1.1設(shè)計(jì)方面

發(fā)電機(jī)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?yàn)殡x心力的影響，匝間絕緣會(huì)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(dòng)的情況。發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中因?yàn)殂~鐵溫差導(dǎo)致繞組產(chǎn)生位移，設(shè)計(jì)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(shí)際加工中出現(xiàn)倒角和去毛刺等，實(shí)際運(yùn)行中會(huì)因?yàn)殡x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(huì)有工藝性的損傷。轉(zhuǎn)子護(hù)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(yán)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(huì)伴隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)、運(yùn)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(dòng)態(tài)性的匝間短路問題，一般動(dòng)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(jìn)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(shí)期。

萌芽時(shí)期的轉(zhuǎn)子繞組匝間產(chǎn)生最初的異常征兆，整個(gè)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行并未受到影響，發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、機(jī)組無功、軸電壓以及勵(lì)磁電流等都滿足正常運(yùn)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(shí)期機(jī)組實(shí)際運(yùn)營(yíng)已經(jīng)表現(xiàn)為異常，匝間短路一般是穩(wěn)定特征的，這個(gè)時(shí)候的發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行中振動(dòng)幅度較大、無功以及機(jī)組勵(lì)磁會(huì)被影響，實(shí)際運(yùn)行的工況限制并未被沖破。

故障時(shí)期，繞組匝道絕緣會(huì)存在明顯的短路征兆，發(fā)電機(jī)組振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)，勵(lì)磁電流超出了額定要求，轉(zhuǎn)子高度高等不正常運(yùn)行的情況[2]，其會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定、安全運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地等故障問題，這時(shí)候相關(guān)工作者一定要及時(shí)進(jìn)行停機(jī)，對(duì)故障問題進(jìn)行及時(shí)處理并全面進(jìn)行檢修。

發(fā)電機(jī)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(shí)期進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，判斷其具體為哪一種短路問題，對(duì)故障問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行探析，明確故障問題出現(xiàn)的位置以及嚴(yán)重程度。

3檢測(cè)辦法

3.1 停運(yùn)狀態(tài)下的檢測(cè)辦法

發(fā)電機(jī)組繞組出現(xiàn)匝間短路故障問題，會(huì)致使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁回路位置的繞組出現(xiàn)短路，機(jī)組實(shí)際運(yùn)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(yán)重的機(jī)組振動(dòng)，振動(dòng)變化趨勢(shì)和勵(lì)磁電流同時(shí)產(chǎn)生，定子饒子電勢(shì)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(cè)匝間短路故障問題的有效措施，其中包含：

3.1.1空載試驗(yàn)辦法

對(duì)空載狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流進(jìn)行測(cè)量，把其和歷史測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比，遵照勵(lì)磁電流變化情況對(duì)轉(zhuǎn)子繞組的匝間短路問題進(jìn)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(huì)超出歷史數(shù)值。在短路匝數(shù)很少的時(shí)候，空載下的勵(lì)磁電流增長(zhǎng)并不明顯，所以，空載試驗(yàn)辦法能夠?qū)υ验g短路故障問題進(jìn)行參考判斷。

3.1.2單開口變壓器的檢測(cè)辦法

因?yàn)檗D(zhuǎn)子饒子中介入交流電以后，轉(zhuǎn)子槽齒會(huì)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(duì)所有槽上漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電壓進(jìn)行測(cè)量，遵照線圈感應(yīng)電視數(shù)值與電源電壓夾角對(duì)轉(zhuǎn)子饒子是否存在匝間短路故障問題進(jìn)行判斷。如果短路位置是在線槽上邊，獲得的結(jié)果會(huì)較為明顯，短路位置接近槽底或者槽中的時(shí)候，開口變壓器感應(yīng)電勢(shì)的數(shù)值會(huì)顯著降低。相關(guān)測(cè)試的結(jié)果表明個(gè)，如果磁性槽楔下的線圈產(chǎn)生匝間短路故障，這樣的檢測(cè)辦法并不靈敏[3]。

3.1.3雙開口的變壓器檢驗(yàn)辦法

雙開口的變壓器檢驗(yàn)辦法，就是針對(duì)電磁感應(yīng)相關(guān)原理，把兩個(gè)開口的變壓器安裝在轉(zhuǎn)子線圈對(duì)應(yīng)的槽齒上，對(duì)變壓器進(jìn)行勵(lì)磁電源的是家，在槽內(nèi)線圈存在匝間短路故障的時(shí)候，因?yàn)橐恍┐磐ń?jīng)由另一個(gè)變壓器進(jìn)行閉合，所以會(huì)在這個(gè)變壓器上將電勢(shì)感應(yīng)出來，這個(gè)時(shí)候再對(duì)這個(gè)變壓器感應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，如果感應(yīng)電勢(shì)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(cè)量檢測(cè)辦法

基于轉(zhuǎn)子直流電阻的減少對(duì)轉(zhuǎn)子匝間的短路問題進(jìn)行測(cè)量，匝間短路故障問題產(chǎn)生的時(shí)候，轉(zhuǎn)子繞組直流電阻數(shù)值也會(huì)減少，所以，基于測(cè)量獲悉直阻數(shù)值是撿地的，這個(gè)時(shí)候就表明存在匝間短路的故障問題。可是在產(chǎn)生匝間短路故障的匝數(shù)并不多時(shí)，這樣的方式無法對(duì)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路問題進(jìn)行精準(zhǔn)判斷。

3.1.5交流阻抗與損耗試驗(yàn)

對(duì)轉(zhuǎn)子不同轉(zhuǎn)速情況下的交流阻抗、功率損耗等進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)基于相同條件之下的交流阻抗與公路損耗進(jìn)行對(duì)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?shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)轉(zhuǎn)子匝間短路問題的判斷依據(jù)較為模糊。對(duì)比來講，功率損耗會(huì)比交流阻抗更為敏感，可是其無法對(duì)匝間短路問題進(jìn)行精準(zhǔn)判斷。

3.1.6 RSO檢測(cè)辦法

RSO檢測(cè)辦法源于行波理論，基于雙脈沖信號(hào)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(duì)其對(duì)稱性進(jìn)行比較，檢驗(yàn)轉(zhuǎn)子繞組匝間是否存在短路問題。常規(guī)黃臺(tái)下，兩臺(tái)相應(yīng)曲線應(yīng)該是非常溫和的。如果兩臺(tái)曲線的非吻合度達(dá)到一定范圍，就表明轉(zhuǎn)子繞組匝間存在故障問題。

3.2動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的檢測(cè)辦法

3.2.1線圈探測(cè)法

動(dòng)態(tài)檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間的短路問題時(shí)，比較常用的方式就是線圈探測(cè)法，基于在發(fā)電機(jī)氣隙當(dāng)中安裝的線圈，對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流形成的漏磁量進(jìn)行探測(cè)與測(cè)量。正常狀態(tài)下所有槽中的漏磁量和槽勵(lì)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(shí)候，會(huì)減少槽漏磁量，線圈探測(cè)發(fā)遵照漏磁量變化測(cè)得數(shù)值對(duì)匝間短路問題的所在槽進(jìn)行判斷。因?yàn)槁┐磐勘容^小，測(cè)量過程中較為困難，發(fā)電機(jī)帶荷運(yùn)行中產(chǎn)生的影響比較大，線圈探測(cè)方式會(huì)將嚴(yán)重的波形畸變檢測(cè)出來，所以，不能對(duì)匝道短路問題進(jìn)行判斷。常規(guī)做法就是把解列完成的發(fā)電機(jī)三相出線進(jìn)行短接，之后實(shí)施勵(lì)磁，當(dāng)定子繞組電流達(dá)到一定程度的時(shí)候，基于動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝置獲得氣隙磁場(chǎng)當(dāng)中轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)匝間的短路波形。

3.2.2勵(lì)磁電流與振動(dòng)變化檢測(cè)辦法

遵照相關(guān)文獻(xiàn)中的記錄，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生輕微的短路故障，發(fā)電機(jī)振動(dòng)和勵(lì)磁電流變化屬于正相關(guān)關(guān)系，其也是對(duì)轉(zhuǎn)子匝間短路故障問題進(jìn)行識(shí)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(chǎng)會(huì)產(chǎn)生畸變，轉(zhuǎn)子由于被失衡電磁力影響會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，通常勵(lì)磁電流增加會(huì)導(dǎo)致失衡力的增加，轉(zhuǎn)子振動(dòng)隨之增加?？墒沁@樣的方式，只能明確發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障問題產(chǎn)生的可能性大，卻無法對(duì)短路故障位置進(jìn)行辨別。

4 結(jié)語

發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生和無功相關(guān)的震動(dòng)，檢修工作中轉(zhuǎn)子交流組會(huì)有明顯降低，振動(dòng)去子安和勵(lì)磁電流曲線對(duì)比來講較為滯后，發(fā)電機(jī)的空載特性曲線會(huì)降低，抽電壓隨之上升，轉(zhuǎn)子繞組會(huì)產(chǎn)生電壓偏差，氣隙探測(cè)的波形幅值會(huì)下降，轉(zhuǎn)子電流增加，無功功率會(huì)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(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)與處理。大型發(fā)電機(jī)需要安裝轉(zhuǎn)子匝道短路故障的探測(cè)線圈，有助于對(duì)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障問題的檢測(cè)和查找。

參考文獻(xiàn)

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