淺談發電機轉子匝間故障檢查和判斷

田野

（內蒙古京科發電有限公司，內蒙古 興安盟科右中旗 029400）

1 引言

隨著我國經濟的快速發展，為了滿足國家建設的需要，提高能源的可持續發展，減少碳排放，各大發電企業向著大容量、高自動化管理的方向發展。而在這其中，汽輪發電機作為汽輪發電廠的三大主機之一，其可靠性對于發電廠的安全穩定運行具有舉足輕重的作用。

火力發電廠的汽輪發電機通常采用兩級設計，額定轉速達到3000r/min，發電機的轉子處于連續的高速旋轉狀態中，并且還要承受電網故障和熱負荷變化帶來的沖擊，因此，實現轉子故障的在線監測尤為重要。在轉子的生產過程中由于機組容量不斷增大、設計經驗不足和安裝技術復雜、加工工藝不良等原因，造成汽輪發電機的轉子繞組相對位置發生變化，時常出現不同槽隙的不同匝的接觸，最終導致汽輪發電機發生轉子繞組匝間短路的故障。據統計，在已運行的機組發電機故障中，其中占比較大就有轉子線圈匝間短路故障（頻率達到11．4%以上），并且故障造成的危害較為嚴重，故障處理困難，恢復時間長。近年來，國內不同發電機生產廠家和科研院校對轉子線圈匝間短路故障的研究非常重視。

本文通過波形法與數字技術相結合的思路，測量發電機氣隙磁勢，判斷各槽的磁勢峰值，從而自動判斷轉子是否匝間短路的方法。

2 波形法的工作原理

所謂波形法就是通過發電機轉子氣隙電動勢的波形進行比對。在發電機轉子制造或大修時預留磁通傳感器的安裝位置，發電機運行時不同槽的線圈依次經過磁通傳感器，傳感器檢測到轉子的漏磁通，形成感應電勢波形，正常情況下，A極和B極對應的槽徑的感應電壓幅值應相近，偏差不超過5%，當偏差超過5%時，發出報警，進行分析判斷，查找轉子線圈是否存在匝間短路的故障[1]。

其工作原理如下，由電勢波形反映電機氣隙磁通密度的變化，即磁通變化引起電機轉子各槽之間槽漏磁通在感應線圈中感應的電動勢發生的變化，來確定匝間短路是否發生。發電機氣隙磁密中轉子齒槽分量和該槽的安匝數成正比。如果轉子繞組某槽內線圈出現匝間短路，該槽對應的氣隙齒槽磁密在探測線圏上感應的電勢將相應減少，通過對該電勢波形的分析計算，其結果可作為判定被試轉子存在匝間短路的依據之一。

在磁通傳感器線圈感應的電勢，主要分成四路信號，經模擬/數字轉換裝置將徑向、切向、有功、無功等信號輸入后臺管理服務器，后臺管理服務器通過32個槽位的徑向信號針對專用的數據模型轉換成標準曲線模板，針對不同的槽徑進行分析比對。若發現單個槽位或局部槽位的電勢偏差較大時，說明某單個槽位或局部槽位可能存在發生匝間短路故障的安全隱患。再通過“實時磁通圖”進行進一步故障判斷，制定應急故障處理方案，合理安排檢修工期。

圖1 安裝原理圖

3 傳感器的安裝

第一，發電機出廠前可以進行配合預埋傳感器。

第二，現場永久性安裝的磁通探頭必須在新安裝或大修期間，移去轉子后進行安裝。磁通探頭被安裝在定子槽楔上接近汽端3點或9點的位置上。軸向位置通常不是很關鍵的，然而，在使用磁性轉子槽楔的轉子上，在定子中安放磁通探頭非常重要。因為磁性槽楔將分流轉子槽楔漏泄磁通的一大部分，并對這些線圈的靈敏度顯著減少，所以磁通探頭將安裝在槽楔環的上方，要求此部位采用非磁性材料。

第三，磁通探頭電纜被送出定子孔，通過端部繞組到達發電機外罩。密封套管和磁通探頭電纜在接近密封套管的地方被連接。整條電纜用環氧樹脂黏合在支撐的表面。安裝磁通探頭、密封套管、連接和環氧樹脂粘接電纜的整個過程需要5到8小時，相當方便快捷。用膠和銷釘將磁通探頭安裝在一個定子槽楔上，此磁通探頭安裝在定子槽楔的9點鐘位置上。

4 應用案例

4.1 福建某電廠轉子絕緣紙甩出

2011年，福建某電廠4＃發電機安裝ROM轉子匝間短路監測儀器，電極主槽第3和第5顯示報警。將電極從槽的數據180°旋轉后和電極主槽的數據進行比較，并主要觀察近過零點1～9線圈的數據比較。電極B的第5槽和第3所測值偏低。該廠進行發電機大修抽出轉子進行檢查，發現絕緣紙甩出。

4.2 天津某電廠轉子匝間短路

該廠2＃機組轉子匝間短路監測裝置診斷出B極6號和7號槽線圈存在輕微短路現象，波形見圖2。4月15日抽出轉子檢查，發現B極6號槽和7號槽的端部線圈異常接近，若未及時處理就會導致6號和7號線圈短路[2]；經分析是由于制作工藝和事故沖擊造成線圈變形，見圖3。

圖2 波形圖（第6槽和第7所測值偏低）

圖3 B極6號槽和7號槽的端部線圈異常接近

5 結語

發電機的轉子繞組是發電機的主要組成部分，其匝間短路故障是較常見的故障。使用波形法通過安裝在定子槽中的傳感器對發電機氣隙磁通密度波形進行檢測，檢測數據的采集、處理、分析、全部由計算機完成。準確地判斷出發電機轉子繞組在運行中發生短路的槽位及短路程度，有效提高設備的可靠性。結合交互式判斷軟件讓用戶從波形直觀地判斷故障的存在。該設備的使用為發電機轉子故障的早期發現及診斷提供了很好的工具，為電力系統安全經濟運行提供了保障。