发电机转子绕组匝间短路故障的诊断分析

发电机转子绕组匝间短路故障的诊断分析

发表时间：2018-10-01T16:33:34.940Z 来源：《基层建设》2018年第26期作者：田卫兵

[导读] 摘要：本文通过对车间24MW汽轮发电机1#发电机内部转子绕组匝间运作时出现的短路故障进行分析和讨论，并结合积累的运行经验，对其故障诊断技术所存在的问题及其特点进行深入性的探讨。

石横特钢集团有限公司发电厂山东泰安 271600

摘要：本文通过对车间24MW汽轮发电机1#发电机内部转子绕组匝间运作时出现的短路故障进行分析和讨论，并结合积累的运行经验，对其故障诊断技术所存在的问题及其特点进行深入性的探讨。并据此提出转子绕匝组间发生短路故障的几种常见形态，同时对各种状态模式下所选用的检测方法其自身的适用性进行有效评价，对未来一段时间内进一步提高匝间短路故障的检测以及诊断水平提供了一些建议。

关键词：短路故障；汽轮发电机；转子绕组；诊断

前言：2012年11月2日，车间按照检修工作计划对1#汽轮发电机组进行同轴度调整时，检修人员揭开4#瓦上轴承盖后，发现轴承座底部有大量金属铁削，于是立即对4#瓦进行检查，结果发现4#瓦处发电机转子轴颈磨损严重，下瓦口与轴颈接触面处挤有数块金属脱落物，上瓦有较严重的划痕，下瓦磨损严重，磨蚀区已失去金属光泽，表面巴氏合金磨损严重，于是发电机转入大修，委托济南宏宝高压电机大修厂进行维修。维修后试运行，发电机组振动值偏高，对发电机做转子交流阻抗试验，根据试验数值，怀疑发电机存在匝间短路故障。

当前发电机转子绕组在实际运行过程中，其出现匝间短路的主要表现有：发电机组本身无功率不断下降；轴系振动逐渐加大；轴电压不断升高等等。上述所讲的几种现象都是转子出现匝间短路的典型特征。因此我们在实际的检测以及诊断过程中，可以根据这些特征来做出正确的判断以及评价。

为了以后更好的点检发电机组运行状态，及时发现并处理匝间故障现象，定时对发电机轴电压进行检测，增加轴振监测点，并对匝间短路故障进行检测和诊断的方法作以下研究。

一、对匝间短路故障进行检测和诊断的方法

应该说，现阶段发电机转子绕组在运行过程中出现匝间短路问题，依据机组运行时转速与温度等内容，可以将其划分成为非稳定性短路以及稳定性短路。按照机组本身的停运状态，检测方法可以将其分为静态检测以及动态检测。

在对匝间短路进行诊断和检测时，会涉及到两个重要点，一个就是对于出现匝间短路转子机组的早期发现；另一个就是对于匝间短路故障的正确定位。而在真正诊断过程中，能够及早发现转子匝间短路的诊断方法主要有RSO重复脉冲法以及相应的探测线圈波形测量法。

1、RSO重复脉冲检测法

该检测方法能够实现对转子绕组运行中出现的匝间短路以及断线还有绕组接地故障进行有效检测，并能确定出故障的准确位置。这种检测技术所遵循的工作机理就是通过使用专业的双脉冲信号设备对运行中的发电转子两级，同步施以一段高频率的冲击脉冲波，并利用双线示波器将两组发生响应的特性曲线记录下来，借以实现对其波形响应时间的有效测定，然后通过专业的计算分析或者是将所得到的检测结果同设备出厂时所自带的标准波形进行认真比对，就能够准确的判断出转子绕组匝间在运行过程中有没有出现短路状况，以及出现短路状况的具体位置等等。图1所示即为一台发电机组在检修时所记录的RSO波形。记录中两条响应曲线相同时，所得出的差值为一条直线，这就说明匝间在运行中没有出现短路现象。相反，则说明在发电机组运行中出现匝间短路现象。

2、气隙探测线圈波形法

（1）发电机内部气隙探测线圈的具体设置

以QFW-24-2A 型号的24MW发电机为例，该发电机最大电压值为10.5KV ，电流值为1650A，而其额定容量为30MV A。因此在设置探测线圈时，需要在发电机汽侧大约距离铁心实际端部约700mm的位置处，将两个专用气隙探测线圈呈对称状且保持120°角装置起来。在该设备上装有两个小型的探测线圈，其中一个主要应用于对径向磁通的实际测量，而另一个主要是对轴向磁通的实际测量。需要注意的是，在安装探测线圈时，应将其安置到距离实际转子表面大约14mm位置处的气隙当中。依据当前气隙磁场的实际计算以及检测现场的相关实测表明，当探测线圈安置的位置距实际转子表面的最终距离越小，那么所测量到的实际感应电压就会越高。

图1 RSO录波图

（2）检测波形的具体分析以及判定标准

依照当前国内相关机械行业标准来说，对匝间故障进行判定的方法就是选用探测线圈中的实际电压进行正确计算。其中一个广泛应用的判定原则就是：当发电机组两级相对应点的实际电压波形幅值其具体比对值S/N，如果在0.95—1.05范围内，那么就认为其运转正常，没有出现短路情况。

二、对转子匝间短路故障诊断方法的评价

为了对匝间短路故障的诊断技术的特性进行比较和评价,有必要对转子绕组匝间短路故障状态模式进行进一步的定义，匝间故障发生分为三个故障状况,即萌芽期、发展期和故障期。

萌芽期:转子绕组匝间出现初始异常征兆,但传统的检测方法并不能发现这种异常。机组运行也未受到影响(发电机组振动、励磁电流、机组无功及轴电压等均符合正常运行工况) 。匝间的故障可以表现为局部过热、匝间以稳定的高阻短路或匝间绝缘间存在油污、漆片等污染物。

发展期:匝间短路已经可以通过一些传统的方法鉴别。这种状态下机组运行已经出现异常,匝间短路基本或已经具备稳定特征。发电机运行状况下出现振动增大、机组励磁和无功功率受到影响等,但运行工况限制尚未突破,在限制负荷和有效监督等保护措施下来控制机组的运行状态,可维持机组在短期内(几个月至一年) 为发电机的经济效益和大修的统筹安排而带病运行。此现象与我车间24MW1#机组运行现象基本吻合，震动增大，但可稳定运行，已具备了匝间短路的初步特征，处于发展期。

图2 转子绕组匝间短路检测方法应用范围评价

故障期:绕组匝间绝缘已经出现明显的严重短路征兆,发电机组振动超标、无功功率严重降低(励磁电流超过额定要求) 、转子温度高等异常运行工况已经危机发电机组的安全运行,甚至包括已经促发转子接地等故障的发生。

针对着三种故障状态模式,综合目前现场应用的检测技术,其主要的现场应用方法对应的使用范围评价结果见图2 所示。

三、总结：

(1)发电机转子匝间短路故障的状态模式可分为三种形态,即萌芽期、发展期和故障期。RSO 试验(冲击脉冲法) 能够较准确地分析三个阶段的故障。气隙波形法借助于计算机数据分析技术对萌芽期故障有一定的检测能力。对5 %及以上的匝间短路,这两种方法都有足够的灵敏度和准确性。

(2)文章结合24MW发电机组故障，主要对发电机转子绕组运行中如何对匝间短路故障进行诊断和判定进行了简单的分析和探究，并据此提出了几种诊断和判定方法，为日后的匝间短路故障诊断和处理提供了一些服务。

参考文献：

[1] 周春阳.发电机转子绕组匝间绝缘监测装置的研究与设计[D].华北电力大学，2012 .

[2] 李永刚,石薇.基于多回路理论的发电机励磁绕组匝间短路故障时励磁电流谐波分析[J].山东电力高等专科学校学报,2011(04).