汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)分析

摘 要：大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在制造過程中及大修后，為考核轉(zhuǎn)子線圈匝間絕緣質(zhì)量，提高匝間絕緣固定缺陷和隱性缺陷的鑒別能力，推廣節(jié)能設(shè)備。文章介紹高頻阻抗試驗(yàn)與工頻阻抗試驗(yàn)比對(duì)的優(yōu)越性，及試驗(yàn)結(jié)果分析。

關(guān)鍵詞：大型汽輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子繞組；高頻阻抗試驗(yàn)

引言

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組高頻阻抗試驗(yàn)是鑒定轉(zhuǎn)子繞組絕緣強(qiáng)度最有效和最直接的方法，由于施加的電壓小，頻率高，能量小，應(yīng)屬于無損檢測(cè)。所以轉(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)比照工頻阻抗試驗(yàn)既節(jié)約能源又提高鑒別力，可以推廣在所有汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，成為判斷汽輪發(fā)電機(jī)能否正常運(yùn)行的一個(gè)重要的檢測(cè)手段。文章從高頻阻抗試驗(yàn)原理及一些試驗(yàn)實(shí)例來具體說明及分析。

1 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組高頻阻抗試驗(yàn)意義

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組由于絕緣結(jié)構(gòu)及絕緣材料的不同，及轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同，嵌線工在操作工藝不當(dāng)引起不同程度的絕緣損傷。

使繞組間存在著各種形式的匝間絕緣故障，形成轉(zhuǎn)子絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)是鑒定轉(zhuǎn)子繞組絕緣強(qiáng)度，尤其發(fā)現(xiàn)隱性絕緣缺陷的重要手段。消除絕緣缺陷，使汽輪發(fā)電機(jī)能夠正常制造及運(yùn)行。因此在汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上推廣使用轉(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)有著極其重要意義。

2 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組高頻阻抗試驗(yàn)原理

L表示線圈單位長度，C表示單位長度電容 。公式中沒有任何變化量。但是在線圈上施加高頻狀況下，則會(huì)導(dǎo)致線圈中電量分布改變，也就是我們說的電流的集膚效應(yīng)導(dǎo)線中心電量隨頻率的增加而減少，導(dǎo)線表面電量則在增加。當(dāng)頻率升高時(shí)，電流向?qū)Ь€表面集中，在導(dǎo)線內(nèi)部電流密度減小，當(dāng)然電感減小。電感的本質(zhì)是圍繞在電流周圍的磁力線匝數(shù)，注意\"圍繞在電流周圍\"這個(gè)說法。假設(shè)存在極端情況，導(dǎo)線內(nèi)部電流完全消失，所有的電流集中在導(dǎo)體表面，磁力線當(dāng)然沒法再內(nèi)部去環(huán)繞電流，內(nèi)部電感消失。導(dǎo)線總電感減小，減小的那一部分就是導(dǎo)線的內(nèi)部電感。

（1）導(dǎo)線的特性阻抗和頻率有關(guān)，隨著頻率升高，特性阻抗減小，但會(huì)趨于穩(wěn)定。（2）特性阻抗的變化的原因是導(dǎo)線的單位長度電感隨頻率升高而減小。

當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組線圈發(fā)生直接短路故障時(shí)，繞組內(nèi)會(huì)形成短路匝，就會(huì)改變線圈的電感和電阻，對(duì)尚有一定絕緣程度的匝間絕緣的薄弱點(diǎn)，在沒有達(dá)到會(huì)使繞組絕緣薄弱點(diǎn)擊穿而暴露故障前，其繞組的電感及電阻無明顯變化，只有當(dāng)頻率高到一定數(shù)值時(shí)，超過絕緣弱點(diǎn)能承擔(dān)的電荷值時(shí)，就會(huì)造成匝間絕緣擊穿現(xiàn)象，同時(shí)明顯改變線圈的電感和電阻，因而會(huì)改變?cè)囼?yàn)阻抗數(shù)值的變化，表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子繞組上，有匝間短路的線圈阻抗變小。通用的匝間脈沖耐電壓試驗(yàn)儀就是依據(jù)此原理為依據(jù)，采用高頻阻抗比較法來檢測(cè)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的阻抗平衡，對(duì)稱情況。目前在核汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上已經(jīng)開始應(yīng)用高頻600HZ-6000HZ阻抗試驗(yàn)方法。普通民品汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子則通常采用工頻50HZ阻抗試驗(yàn)方法。因?yàn)轭l率低，沒有高頻阻抗試驗(yàn)達(dá)到的檢驗(yàn)效果理想。

工頻阻抗試驗(yàn)和高頻阻抗試驗(yàn)比對(duì)發(fā)現(xiàn)（見表1）。

因?yàn)檗D(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)是無損檢測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)固定明顯匝間絕緣缺陷，尤其能發(fā)現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)，這種隱性匝間絕緣缺陷。因此在汽輪發(fā)電機(jī)民品轉(zhuǎn)子上推廣使用高頻阻抗試驗(yàn)有著極其重要意義。尤其是繞組兩端部裝配有阻尼瓦結(jié)構(gòu)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。可以有效排除阻尼瓦干擾，及其他外界磁場(chǎng)干擾。

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)中的幾種現(xiàn)象及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：成品或半成品汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在制造中和出廠前都可以按序?qū)@組線圈進(jìn)行高頻阻抗試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)儀與被試品連接方式，作用在兩極繞組上的高頻電壓，用數(shù)字萬用表測(cè)量輸出電壓頻率是否符合要求，然后用數(shù)字萬用表測(cè)量分布在兩極上的壓降。判斷兩極壓降及阻抗是否平衡和對(duì)稱。符合規(guī)范要求即為合格，否則即認(rèn)為繞組線圈匝間有故障存在。（包括，匝間絕緣損壞，兩極匝數(shù)有差別，嵌線錯(cuò)誤，線圈之間過橋線連接錯(cuò)誤等），轉(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)方法，從實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析看來，能夠避開一定的磁場(chǎng)干擾信號(hào)，排除阻尼瓦不均勻性導(dǎo)致的磁場(chǎng)不均勻等，體現(xiàn)線圈本身匝間絕緣的真實(shí)絕緣性能。

綜上所述：汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高頻阻抗試驗(yàn)可以有效判斷汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間絕緣固定明顯缺陷的短路故障，更能試驗(yàn)出轉(zhuǎn)子匝間絕緣薄弱點(diǎn)（發(fā)現(xiàn)匝間絕緣隱性缺陷），為在汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子制造過程及成品驗(yàn)收時(shí)，進(jìn)一步杜絕轉(zhuǎn)子匝間短路，和排除一些由于外界磁場(chǎng)干擾，轉(zhuǎn)子槽楔帶磁性干擾，阻尼系統(tǒng)干擾的因素導(dǎo)致工頻阻抗及動(dòng)態(tài)波形不合格，來正確判斷汽輪發(fā)電機(jī)匝間絕緣狀況。

作者簡介：李翠榮 （1966-），1988年畢業(yè)于哈爾濱機(jī)電專科學(xué)校電機(jī)制造專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪發(fā)電機(jī)半成品檢查試驗(yàn)工作，高級(jí)工程師。