水轮发电机转子匝间短路的判断分析

水轮发电机转子匝间短路的判断分析

摘要:在转子查找、处理线圈匝间短路的过程中,多种试验方法得到了综合运用,但每种试验方法都有其不足之处,只有将多种方法综合运用,才能收到较好的效果。HIOKI 3520型数字电桥,因其测试方法和功能的独特,被运用到了转子匝间短路的判断上,收到了较好的试验效果,而且也减少了试验的复杂接线,减轻了试验人员的作业强度,其测电感判断匝间短路的方法,值得推广。

关键词:转子检修匝间短路的分析判断新仪器新方法

转子绕组发生匝间短路,不外乎制造和运行两方面的原因。

制造方面:如制造工艺不良,在转子绕组嵌线、整形等工艺过程中损伤了匝间绝缘;活绝缘材料中存在有金属硬粒,刺穿了匝间绝缘造成短路。

运行方面:在电、热、和机械等的综合应力作用下,绕组产生变形、位移,致使匝间绝缘断裂、磨损、脱落或脏污等造成匝间短路。

当转子绕组发生匝间短路时,严重者使转子电流增大,绕组温度升高,限制电机的无功功率,甚至引起绕组的振动增加,导致被迫停机。因此,必须通过试验找出匝间短路点,并予以消除,使发电机能够正常运行。

2001年3月15日,松江河发电厂p其中:T为铜导线的计算常数,

为235;R1、R2分别为温度t1 t2时的电阻值。

计算如下:

R后75℃=R后15℃×(235+75)/(235+15)=0.0066464Ω

R交75℃=R交5℃×(235+75)/(235+5)=0.0064971Ω

然后进行比较|R后75℃-R交75℃|/R交75℃×100%=2.3%,即修后与交接比较相差2.29%。前面已说过,规程没有规定单个磁极,这里只说计算方法。那么,同样转子整体直流电阻修后与交接比较方法与上述相同,结果比较相差0.9%符合规程规定小于2%的要求,为合格。

根据计算,在测量直流电阻较准确的条件下,当绕组短路匝数的数量超过总匝数的2%及以上时,直流电阻减小的数值才能大于2%,并且在实际测量时还会有些测量误差。因此,直流电阻的灵敏度是很低的,不能作为诊断匝间短路的主要方法,只能作为综合诊断时的参考。这项试验不能作为一种判据来使用。

2 测量转子绕组的交流阻抗与功率损耗

2.1 试验目的

测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,与原始(或前次)的测量值比较,是判断转子绕组有无匝间短路比较灵敏的一种方法。这是因为

当转子绕组中发生匝间短路时,在交流电压下流经短路线匝中的短路电流约比正常线匝中的电流大n倍(n为线圈总匝数),它有强烈的去磁作用,并导致交流阻抗大大下降,功率损耗却明显增加。

2.2 接线(图2)

2.3 方法

电压表要用短而粗的导线直接接于被测转子绕组ZQ的滑环1、1`上。由调压器T分级升压,同时测量电压U、电流I和功率P然后按下式计算交流阻抗Z,即

Z=U/I

式中

Z为转子交流阻抗,Ω;

U为测量电压,V;

I为测量电流,A。

将测量的Z和P值与原始测量值比较,分析判断转子绕组有无匝间短路。

2.4 使用仪器

ZX-5 3kV A调压器(单个磁极用);ZX-30 24kV A调压器(整体

用);0.5级电流表(0～2.5～5A);0.5级电压表(0～100V);0.5级瓦特表。

2.5 测试结果分析

由试验记录(表1)可知,修后1、修后2及交接试验记录结果差别较大,可以解释为修后1是指在磁极拆下之后没有剩磁的干扰情况下测试的,较小;修后2是指磁极挂装之后,受转子磁轭剩磁的影响,较大;至于交接记录,因不了解当时的试验条件,无法比较。试验规程要求在相同的试验条件下与历年数值比较,不应有显著变化。上次大修没有吊转子,所以单个磁极无法比较,只能相互间比较没有明显变化即可。本次单个磁极记录只能作为下次大修试验的比较依据,那么只有转子整体交流阻抗的比较了(如表2),阻抗、损耗及电流没有明显变化,故认为合格。

注意事项:为了避免相电压中含有谐波分量的影响,宜采用线电压测量,并同时测量电源频率;试验电压峰值不能超过转子的额定电压,并断开励磁回路(膛内试验)。

3 新仪器及方法的使用

本次大修前,新购进了1台日本HIOKI 3520型数字电桥,它的测试范围较广,可测直流电阻、交流阻抗、电感、电容、相角、功率因数(说明书所载)。这是其他仪器所不具备的,而且它即可串接又可并接于被

试品,它的频率也是可调的,调整范围在40Hz～100kHz之间,试验接线也较为简单,只要将其通入220V交流电源,即可测试。可以取缔以往的复杂接线,大大减少了中间环节,也将试验中的人为误差降到最低,可以大大提高试验结果的准确性,并且测试速度快,较为直观,易于掌握。正是由于它的这些优点,在本次处理转子匝间短路的过程中,我们将其引入,经过实验,我们发现了它的有条件优点。由于水轮发电机是显极式转子,处理时可将转子摘下,而火电厂的气轮发电机转子为隐极式,所以这种方法是否适用于火厂,还有待于研究。由于是将转子从磁轭上摘下,所以采用它的效果较好。在试验时,以2号线圈为例,选择170Hz的测试频率,先测得整体的电感为2.08mH,这时用一小段铜线我们发现在线圈相邻两匝短路时,电感变化要比阻抗变化明显,故对各个磁极均做了测试,结果(表2)基本稳定。

但也有一定的差别,28个磁极电感在2.08mH～2.26mH之间,为什么差异这么大呢？分析产生差异的原因主要是和线圈的尺寸以及铁心的尺寸有关,原因是由于这次大修中更换了6组线圈,换线圈时发现,新线圈与旧线圈尺寸不同,旧线圈尺寸为1923×440mm,而新线圈尺寸为1926×400mm,这样,线圈的长度发生变化,电感数值就不同了,同时也造成了气隙的变化,引起磁通的变化,最终影响了电感的数值。总的看来,这种电桥测试单个磁极的匝间短路,还是有比其他仪器设备先进

的地方。同时在使用中,也发现了这个电桥有两个缺点:一是做转子整体交流阻抗及电感,数值单位较大不易比较(短路一两匝发现不了),这就限制了它这一功能在日常试验中的使用;二是抗干扰能力较差,受工作现场电磁场影响较大。针对这一个缺点,可以考虑测试时现场另1台发电机停机状态,又没有人使用电动工具的情况下,提高测试频率,选几个不同的频率档位(电桥自身功能),躲开50Hz工频极其整数倍频率的干扰,测试单个磁极结果作为下次大修的依据,更适用于新安装机组,可以为发电机积累原始数据,便于以后的检修和事故分析。从这点看还是一个较好的新的试验方法。但这种方法只在转子磁极及线圈离开磁轭的情况下,进行了实验,未在磁极挂装后实验,不知效果如何。这个仪器的其他功能,比如:测试电容、相角、功率因数等还有待于进一步的实验检验。

4 结语

先进的仪器设备,不仅会带来精确的试验结果,同时,也会大大的减少试验人员的劳动强度,并且节省时间,提高劳动效率,同时,新的试验方法也会随之而来,引进新设备的同时,也是新技术的引进,只要将新技术、新设备与各自的具体实际相结合,就一定会使设备更加安全、稳定的运行。