檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路缺陷的RSO試驗

劉　輝，李冠勝，李廣龍，姜　波

（1.華能山東威海發(fā)電有限責(zé)任公司，山東　威海　245200；2.山東里彥發(fā)電有限公司，山東　濟(jì)寧　273517；3.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南　250003）

檢測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路缺陷的RSO試驗

劉輝1，李冠勝1，李廣龍2，姜波3

（1.華能山東威海發(fā)電有限責(zé)任公司，山東威海245200；2.山東里彥發(fā)電有限公司，山東濟(jì)寧273517；3.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南250003）

應(yīng)用RSO驗證680 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組存在繞組匝間短路缺陷，通過分析RSO試驗圖形和靜態(tài)交流阻抗試驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)繞組存在匝間短路的缺陷。分析匝間短路原因，并提出預(yù)防發(fā)電機(jī)繞組匝間短路的相關(guān)措施。

RSO試驗；匝間短路；發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子試驗

0　引言

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路現(xiàn)象是發(fā)電機(jī)常見故障之一，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路時，一旦危害擴(kuò)大嚴(yán)重將使轉(zhuǎn)子電流增大、繞組溫度升高、限制發(fā)電機(jī)的無功功率，引起機(jī)組的振動值增加，甚至被迫停機(jī)［1］。2015年4月12日，山東省某電廠在檢修中發(fā)現(xiàn)1臺680 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有匝間短路現(xiàn)象，經(jīng)確認(rèn)故障點位于端部繞組匝間絕緣接縫處，經(jīng)確認(rèn)該型號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組端部的匝間絕緣在制造工藝上存在隱患，而威海電廠三期兩臺680 MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組采用其相同工藝，故決定在停機(jī)時采用RSO試驗方法對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行試驗，驗證其是否存在轉(zhuǎn)子繞組匝間短路現(xiàn)象。

1　RSO試驗原理及方法

RSO試驗 （the Recurrent Surge Oscillograph）即重復(fù)脈沖波形試驗，是國家能源局建議采用的轉(zhuǎn)子匝間絕緣檢測方法，相較傳統(tǒng)的檢測方法具有操作簡單，靈敏度高，可在較早期發(fā)現(xiàn)繞組匝間短路等特點［2］。RSO試驗的原理是波過程理論（行波技術(shù)），當(dāng)信號發(fā)生器發(fā)出的低壓脈沖信號（行波）沿繞組傳播到阻抗突變點時，會導(dǎo)致反射波和透射波的出現(xiàn)，由此會在檢測點測得與正常回路無阻抗突變時不同的響應(yīng)特性曲線［3］。匝間短路的程度通過故障點處的波阻抗變化大小來反映，顯示在示波圖上可以用兩個響應(yīng)特性曲線合成的平展程度來判定，有突起的地方說明匝間存在異常，并且突起的波幅大小表明短路故障的嚴(yán)重程度。

本次試驗就是利用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的對稱性結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子正負(fù)兩極各施加一個高頻低壓的脈沖信號，觀察示波器返回的輸出響應(yīng)信號，由于其對稱性，應(yīng)當(dāng)觀察到兩條完全重合的曲線，即相減波為一條直線。若遇到任何在繞組的特性阻抗上有不連續(xù)的地方，就會產(chǎn)生一個反射脈沖，比較信號便不是一條直線或不能完全重疊，就說明繞組的特性阻抗上存在問題，即絕緣存在異常。

RSO試驗接線見圖1，將信號輸入點L、R分別接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的兩極，將專用測量銅刷通過延長桿與發(fā)電機(jī)軸接觸作為輸入地。

圖1　RSO試驗接線示意

2　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組試驗發(fā)現(xiàn)缺陷過程

2015年11月11至12日，進(jìn)行6號機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子膛內(nèi)“RSO試驗”和發(fā)電機(jī)靜態(tài)交流阻抗試驗。分別測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在90°、180°、270°、360°4個位置的RSO數(shù)據(jù)，試驗波形顯示基本一致，但不能完全重合。波形曲線如圖2～5所示。

圖2　RSO試驗90°時波形

圖3　RSO試驗180°時波形

從波形圖上看各角度的波形類似，但可以明顯看到輸入與返回波形不能重合，且疊加波形為一條非平直的曲線。為進(jìn)一步驗證數(shù)據(jù)的可靠性，隨后又進(jìn)行了發(fā)電機(jī)靜態(tài)交流阻抗測量，數(shù)據(jù)均比2013年 5月22日測量的交流阻抗數(shù)值減小4%～11%，功率損耗有所增大，符合轉(zhuǎn)子繞組存在缺陷而引起去磁作用造成交流阻抗減小和功率損耗增大的現(xiàn)象。2015-11-12，再次進(jìn)行轉(zhuǎn)子繞組兩極平衡試驗，與2013-05-22測試時數(shù)據(jù)對比得到表1。

圖4　RSO試驗270°時波形

表1　轉(zhuǎn)子繞組兩極平衡試驗對比

在不同的試驗方式下，其數(shù)據(jù)都有繞組存在缺陷的提示并予以相互印證，隨后確認(rèn)6號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組存在缺陷，需將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠，對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣進(jìn)行優(yōu)化改造。轉(zhuǎn)子返廠解體后，發(fā)現(xiàn)短路點在1極汽端2號線圈18槽端部第三、第四匝間絕緣轉(zhuǎn)彎對接頭處，見圖6、圖7。

圖6　短路點宏觀照片

圖7　短路點局部放大照片

2015-12-23，轉(zhuǎn)子缺陷處理后各項膛外試驗數(shù)據(jù)均合格，各角度RSO試驗圖形重合度一致，以90°為例，其RSO試驗曲線如圖8所示。

圖8　缺陷處理后的RSO曲線圖形

機(jī)組運行后進(jìn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路在線測量，數(shù)據(jù)合格。至此，通過RSO試驗成功驗證了轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路的重大缺陷并進(jìn)行了解決，避免了危險的進(jìn)一步擴(kuò)大，為機(jī)組的穩(wěn)定運行掃平了障礙。

3　RSO試驗方案評價

對比傳統(tǒng)的幾種測量匝間短路的方法，RSO方案的具體特點如表2所示。

由此可見，對于發(fā)電機(jī)一般性的繞組匝間短路判斷試驗，應(yīng)以準(zhǔn)確度高，靈敏性好，且可操作性強(qiáng)的RSO試驗為主。對于初期的匝間短路故障，系統(tǒng)往往沒有明顯的變化，此時用其他的傳統(tǒng)方法測試難以發(fā)現(xiàn)，而RSO試驗可以給出非常準(zhǔn)確的絕緣故障判斷，因為即使短路點非常微小，反映到波形上也會有明顯的突起。同時，RSO試驗得益于其方便的可操作性，在發(fā)電機(jī)生產(chǎn)、調(diào)試、運行全過程都可施行，便于發(fā)電機(jī)建立長期的跟蹤檢測記錄，預(yù)防相關(guān)故障的產(chǎn)生［4］。

表2　RSO與傳統(tǒng)試驗方法的對比

為保證試驗的準(zhǔn)確性，RSO試驗過程中應(yīng)注意4點：

1）對同一臺發(fā)電機(jī)建立RSO檔案的試驗儀器及示波精度應(yīng)保持一致，便于觀察波形的變化，對同一臺發(fā)電機(jī)RSO波形比較時，示波器每次的參數(shù)設(shè)置要確保一致。

2）可對發(fā)電機(jī)建立模擬短路的RSO試驗波形參考圖，以比較匝間短路時的具體情況及嚴(yán)重程度，并對每個線圈進(jìn)行多次取值比較，排除設(shè)備干擾。

3）對于線圈的特定波形變化，或許是由于線圈特性阻抗變化原因，這是一種持續(xù)性保持的波形，可通過多次跟蹤觀察排除。

4）試驗數(shù)據(jù)應(yīng)保證嚴(yán)謹(jǐn)，客觀，對波形的統(tǒng)計要盡量詳細(xì)且周期準(zhǔn)確。

4　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路的原因及預(yù)防措施

4.1短路原因

結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，如匝間采用襯墊絕緣時，端部銅線側(cè)面裸露，當(dāng)運行中積灰和著落油垢后，會造成匝間短路。

制造工藝不良，如在轉(zhuǎn)子繞組下線、整形等工藝過程中，損傷了匝間絕緣；或絕緣材料中存在有金屬性硬粒，刺穿了匝間絕緣造成匝間短路（如銅線有硬塊，毛刺都會損傷匝間絕緣）。

運行中在電、熱和機(jī)械等綜合應(yīng)力作用下，繞組產(chǎn)生殘余變形、位移，致使匝間絕緣斷裂、磨損、脫落或由于臟污等，造成匝間短路。

運行年久，絕緣老化，也會造成匝間短路。

4.2預(yù)防措施

對每臺發(fā)電機(jī)建立發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子RSO試驗跟蹤數(shù)據(jù)，長期跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)問題立即處理。安裝發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以在運行中通過預(yù)埋在定子的感應(yīng)探頭對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣進(jìn)行監(jiān)測，能夠準(zhǔn)確地判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路。運行中，加強(qiáng)對轉(zhuǎn)子勵磁電壓、電流、振動的監(jiān)控；如機(jī)組在同樣工況下（有功、無功相同），轉(zhuǎn)子勵磁電流增加10%以上，應(yīng)及時停機(jī)檢查。停機(jī)時，可進(jìn)行轉(zhuǎn)子匝間短路試驗（靜態(tài)、動態(tài)交流阻抗或RSO試驗）。

5　結(jié)語

通過對該機(jī)組的RSO試驗，驗證了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路的問題，避免了設(shè)備損害進(jìn)一步擴(kuò)大。RSO試驗在診斷機(jī)組匝間短路故障時的靈敏性和方便性對盡早發(fā)現(xiàn)機(jī)組匝間短路故障相較傳統(tǒng)方法有著較大的優(yōu)勢。

［1］李建明.高壓電氣設(shè)備試驗方法［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［2］向成，劉志強(qiáng).大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組RSO試驗分析和探討［J］.大電機(jī)技術(shù)，2008（1）：16-20.

［3］王紹禹，周德貴.大型發(fā)電機(jī)絕緣的運行特性與試驗［M］.北京：水利電力出版社，2006.

［4］張征平.大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析與診斷［M］.北京：中國電力出版社，2011.

RSO Used to Test the Interturn Short-circuit Defect of Rotor Winding

LIU Hui1，LI Guansheng1，LI Guanglong2，JIANG Bo3
（1.Huaneng Weihai Power Generation Co.，Ltd.，Weihai 245200，China；2.Shandong Liyan Electric Power Power Co.，Ltd.，Jining 273517，China；3.State Grid Shandong Electric Power Research Institute，Jinan 250003，China）

RSO test is used to verify the interturn short circuit defect of 680 MW generator rotor winding.Through the analysis of the RSO experiment waveform and the static AC impedance test data，generator rotor winding inter turn short circuit defect is found.Reasons of short circuit are analyzed，and some preventive measures are put forward.

RSO test；turn to turn short circuit；generator rotor；rotor test

TM311

B

1007－9904（2016）08－0064－04

2016-05-12

劉輝（1984），男，工程師，從事電力系統(tǒng)運行分析及運維工作。