转子匝间短路引起发电机组振动的分析及处理

确定无疑地表明转子绕组存在较严重的故障， 但是否
是匝间短路还不能十分肯定。
表 １ 转子直流电阻值
Ω
测量时间
测量值
转子直流电阻 ７５ ℃值 差别 ％
出厂试验
０．１３５（１５℃）
０．１６７４
－
交接时（２００４－ ２） ０．１３５９（１３ ℃）
０．１６９８７５
１．４８
大修时（２００５－ ９－ １４） ０．１４２５（２０ ℃）
１ 故障分析
引起汽轮发电机组突发振动主要有机械和电气 两方面的原因。机械方面主要有断叶片、动静部件摩 擦、汽流激振、转子突然受到外界大的扰动冲击、油膜 振荡等； 电气方面通常是转子在制造、运行过程中发 生了匝间短路故障。由于励磁电流减小时振动会减 弱； 励磁电流为零时振动会消失， 基本判定为转子绕 组匝间短路引起的振动［１，２］。
试验类型 出厂试验
转速／（ｒ·ｍｉｎ－１） Ｕ／Ｖ Ｉ／Ａ Ｚ／Ω Ｐ／Ｗ 阻抗变化／％
０
２００ ２８．５ ７．０２ ４ ０９５
－
６００
２００ ２８．９５ ６．９１ ４１６７
－
１ ５００ ２００ ３０．３８ ６．５８ ４ ３２０
－
２ ４００ ２００ ３０．７５ ６．５０ ４ ３４４
－
３ ０００ ２００ ３０．２３ ６．６２ ４ ３２０
图 ２ 转子励磁侧发现的 Ｍ１６×２００ 螺栓
图 ３ 转子绕组线圈绝缘层碰磨痕迹 为准确判断故障点， 经与厂方人员研究决定对发 电机转子进行直流加压法查找故障点（ 三大、四小） ，
并对故障点进行了实际测量： 总电压 ５．７ Ｖ， 上部故障 点电压 ４．６０４ ３ Ｖ， 下部故障点电压 ４．９８６ Ｖ， 被短接部 分的阻值占转子线圈总阻值的 ６．７３７ ％。故障点位置为 ３ 大第 ６ 匝与 ４ 小第 ６ 匝， 与实际突增电流值相符。
－
交接试验
盘车（约 ６０） １７０ ２５．５ ６．６７ ３ ０４０
－
５００ １７０ ２６．７５ ６．３６ ３ １２０ － ７．９６
１ ５００ １７０ ２８．１ ６．０５ ３ ２００ ２ ３００ １７０ ２８ ６．０７ ３ １６０ ３ ０００ １７０ ２８．２５ ６．０２ ３ １３６ 大修后（２００５－ ９） 盘车（约 ６０） ２００ ２５．２ ７．９４ ３ ５００
测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗并与原始 测量值比较， 是判断转子绕组有无匝间短路比较灵敏
的方法［３，４，６］。为判断转子是否存在匝间短路， 决定采用 此方法。试验接线如图 １ 所示， 数据见表 ２。试验电 压、电流分布由 Ｕ、Ｉ 读取， 交流阻抗 Ｚ＝Ｕ／Ｉ。
图 １ 转子绕组功率损耗和交流阻抗试验接线 表 ２ 转子交流阻抗及功率损耗（ 膛内）
２．Ｚｈｏｕｋｏｕ Ｌｏｎｇｄａ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｌｔｄ．， Ｚｈｏｕｋｏｕ ４６６０００， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓ ｔｒａ ｃｔ：Ａ ｓｕｄｄｅｎ ｓｅｖｅｒｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆａｕｌｔ ｏｃｃｕｒｒｅｄ ｉｎ ＮＯ．５ ｂｅａｒｉｎｇ ｏｆ ＮＯ．２ ｔｕｒｂｏ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｕｎｉｔ． Ｔｈｅ ＤＣ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ＡＣ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｕｒｎ － ｔｏ － ｔｕｒｎ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｒｏｔｏｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｂｒｏｕｇｈｔ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯ．２ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ． Ａ ｂｏｌｔ ｗｈｉｃｈ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｏｔｏｒ ｗｉｎｄｉｎｇ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｉｓａｓｓｅｍｂｌｅ ａｎｄ ｅｘａｍｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ａｆｔｅｒ ｒｅｐａｉｒｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｉｔ ｒｕｎ ｉｎ ｇｅａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄ．Ｓｏｍｅ ｐｒｅｃａｕｔｉｏｎａｒｙ ａｄｖｉｃｅｓ ｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ， ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒｄｓ ：ｔｕｒｂｏ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ， ｒｏｔｏｒ ｗｉｎｄｉｎｇｓ， ｔｕｒｎ－ ｔｏ－ ｔｕｒｎ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｖｉｂｒａｔｉｏｎ
－ ８．０５ － ６．６２ － ９．０６
－
故障后（２００５－１２－２５）
１ ５００ ２ ３００ ３ ０００
５０
２００ ２９．４ ６．８ ４ ０５０ ２００ ３０．５ ６．５６ ４ １５０ ２００ ３０．５ ６．５６ ４ １５０ ２００．７７ ２６．９８ ７．４４ ３ ８２１
３．３４ ０．９２ － ０．９１
０引言
某公司 ２ 发电机型号为 ＱＦＳ－ １３５－ ２， ２００４ 年 ２ 月 投入运行后， 除振动略高于 １ 号机外， 未有其它异常。 ２００５ 年 １０ 月第一次大修启动后， 测量 ５ 号瓦轴振受励 磁干扰达 １５０μｍ， 其他各轴振动均稳定在 １００ μｍ 以 下， 各轴承瓦振均在 ３０ μｍ 以内。２００６ 年 １２ 月 ２４ 日 １５ 时 ４７ 分， 在机端电压和无功功率没有变化情况下， ２ 号发电机励磁电流由 １３３９．４６ Ａ 突增至 １４１５．７８ Ａ， 发电机 ５ 号瓦及汽轮机 １、２、３ 号轴瓦振动增大， 汽轮 机 ４ 号瓦振动减小。发电机东侧 ５ ｍ 平台和 ９ ｍ 平台 垂直振动分别增大到 ６０ μｍ 和 １００ μｍ。运行人员对 ２ 号机减负荷至 ７０ ＭＷ 时， 各轴承轴振和瓦振随之减 少。增加负荷至满负荷， 各轴承瓦振随负荷、励磁电流 增加而增大， 发电机东侧 ５ ｍ 平台和 ９ ｍ 平台垂直振 动随负荷增加而增大； 减小励磁电流到零振动消失。
Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｕｒｂｏ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｎｉｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｔｕｒｎ－ ｔｏ－ Ｔｕｒｎ Ｓｈｏｒｔ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ Ｒｏｔｏｒ Ｗｉｎｄｉｎｇｓ
ＬＩ Ｐｅｎｇ１， ＺＨＡＮＧ Ｘｉｕ－ｇｅ１， ＤＡＩ Ｇｕｏ－ｃｈａｏ２ （１．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００４， Ｃｈｉｎａ；
转子匝间短路引起振动。解体检查发现， 转子绕组中嵌有一个螺栓引起线圈匝间短路， 处理后转子试验数据合格， 机组投运正
常， 振动消失。还对制造、安装、运行和维护等方面提出了相应预防措施。
关键词： ： 汽轮发电机； 转子绕组； 匝间短路； 振动
中图分类号： ＴＫ２６８．＋１
文献标识码： Ａ
文章编号： １００６－６５１９（２００８）０２－０００８－０３
收稿日期： ２００７ － １１ － １０ 作者 简 介： 李 鹏（ １９６８－ ）， 男， 硕士， 工程师， 讲师， 从事高电压技术理论和实践的教学研究工作．
－ ８－
第 ２１ 卷
转子匝间短路引起发电机组振动的分析及处理
２００８ 年第 ２ 期
发电机转子结构复杂， 匝间绝缘薄弱， 因制造、安
装、运行、维修等原因， 常发生绕组匝间短路故障， 导 致发电机转子电流增大、机组振动增加［３］。
所示。从表 １ 中可见， 在交接试验时转子直阻值与出
厂值就相差较大， 达到 １．４８ ％， 但没有超过 ２ ％。在第 一次大修时， 其直流电阻与原始值比较偏差已达到
３．４９ ％， 远超过 ２ ％， 已经显露出转子绕组故障的迹
象， 但没有引起运行单位的重视。直至故障发生后， 测
量出的转子直阻值继续增大， 偏离原始值达 ４．８９ ％，
判断转子绕组匝间短路常用方法有： 测量转子绕
组直流电阻， 比较发电机短路和空载特性曲线， 测量
转子绕组交流阻抗和功率损耗， 测量单开口变压器的
感应电势和相角， 双开口变压器感应法， 功率表相量 投影法， 直流压降计算法等［３］， 以及励磁电流判别法，
定子环流判别法， ＲＳＯ 重复脉冲检测法， 小波分析等 新方法［４］。从方法的简便、可靠、灵敏程度来看， 现场多
对电气设备进行外部检查， 未发现异常。经对机
组运行工况及相关操作进行全面分析， 基本排除机械 原因引起的振动， 初步认定 ２ 号发电机转子匝间短路 导致机组发生振动。停机对转子做直流电阻和交流阻 抗试验， 判断发电机转子发生匝间短路。拔掉转子励 磁端护环， 发现在绕组线圈间嵌有一 Ｍ１６×２００ 螺栓， 其重量达 ３３５ ｇ， 且螺丝帽有短路烧伤痕迹， 该螺栓将 绕组线圈绝缘层磨破导致匝间发生短路。清除螺栓， 更换匝间绝缘后试验合格， 转子投入正常运行。
采用测量转子绕组交流阻抗和功率损耗法， 并结合直
流电阻法测量结果进行综合分析， 即可判断转子绕组 是否存在匝间短路［３］。
１．１ 测量直流电阻 现行 ＤＬ／Ｔ５９６《电力设备预防性试验规程》规定，
交接和大修时， 都应在冷态下对转子绕组的直流电阻
进行测量并与原始数据比较， 其变化应不超过 ２ ％。
该发电机故障前、后转子历次直流电阻测量值如表 １
－
３００ ２００．２９ ２７．８５ ７．１９ ３ ９１８．７ －
１ ５００ ２ ３００ ３ ０００
２０１．８８ ３２．６ ６．１９ ４ ５１８．６ １９８．３５ ３２．４３ ６．１２ ４ ３９２ ２０３．９４ ３４．２１ ５．９６ ４ ７１２
－ ５．９３ － ５．８５ － ９．９７
比较历次转子交流阻抗和功率损耗测量数据发 现： 交接试验时， 在相同或相近转速下转子的交流阻 抗比出厂试验时数据要小很多， 有明显匝间短路的迹 象。但试验电压不同， 功率损耗值无法进行比较， 所以 不能确定转子一定存在匝间短路。第一次大修后， 在 相同或相近转速下， 转子的交流阻抗比出厂试验时数 据要稍大， 但变化不多。故障后， 从 １５００ ｒ／ｍｉｎ 后转子 的交流阻抗比出厂试验时数据变小很多， 功率损耗增 大较多， 转子绕组出现明显的匝间短路故障特征， 可 以确定转子绕组发生了匝间短路。
２００８年第 ２ 期
华中电力
第 ２１ 卷
转子匝间短路引起发电机组振动的分析及处理
李 鹏 １， 张秀阁 １， 代国超 ２
（ １．郑州电力高等专科学校， 河南 郑州 ４５０００４； ２．周口隆达发电有限公司， 河南 周口 ４６６０００）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘要： 某公司 ２ 号汽轮发电机组运行中 ５ 号瓦轴振突然增大， 经全面分析原因， 通过直流电阻和交流阻抗试验， 判断为发电机
２ 解体情况
根据转子的结构及励磁端部绕组常发生匝间短 路的特点， 决定抽出转子后拔励磁侧护环。拔护环前， 应发电机厂家要求对转子进行外部检查、清扫及反冲 洗。清洗发现转子腐蚀较重， 但没有堵塞现象。
拔出励侧护环后， 在转子励磁侧端部发现 Ｍ１６× － ９－
２００８年第 ２ 期
华中电力
第 ２１ 卷
２００螺栓一只， 且螺栓帽有短路灼伤痕迹， 如图 ２ 所 示。转子绕组绝缘严重破损， 已经发展为匝间短路， 如 图 ３ 所示。匝间短路原因可推理如下： 在发电机组装、 运输或安装过程中， 由于某种原因该螺栓进入转子励 侧端部。在机组投产初期， 由于转子线圈外面有三层 绝缘材料而没有引起转子匝间短路， 只是对发电机动 平衡产生了影响。运行时该螺栓在高速旋转的发电机 转子端部， 受到向外离心力的作用而紧贴在转子线圈 内表面， 并通过它们之间的相互摩擦力保持相对静止。 但实际运行中机组转速会发生轻微变化， 使二者之间 的摩擦加剧， 长期摩擦逐渐使转子线圈绝缘磨损破坏， 最后导致匝间绝缘瞬时击穿， 形成匝间短路故障。
０．１７３２３５
３．４９
故障后（２００６－ １－ ６） ０．１３６５（６ ℃）
０．１７５５８１
４．８９
从理论上说， 发电机转子发生匝间短路时其直阻 值一般应减小， 故障后测量的直阻值却增大， 似乎相 矛盾。但笔者认为可以这样解释： 存在某种原因造成 转子绕组绝缘及铜排受损， 铜排截面减小导致直阻增 大， 在转子动态时又发生匝间短路。由于隐极式转子 绕组制造时采用铜排扁绕的方法［５］， 转子绕组发生严 重故障时出现直阻增大现象也是可能的。为准确判断 是否发生了匝间短路， 应进一步采取其它试验手段进 一步确诊。 １．２ 测量交流阻抗和功率损耗