發電機轉子匝間短路故障原因及檢測辦法研究

葉曉輝

摘要：深入探析發電機轉子產生匝間短路問題的原因，同時對匝間短路問題進行類別劃分，依據發電機停運、在線狀態羅列應用廣泛的發電機匝間短路故障問題檢測方式，闡釋不同檢測方式的特征。

關鍵詞：發電機轉子;匝間短路;故障問題;原因;檢測辦法;

最近幾年，國家電力產業的快速發展，很多大容量、高參數的電機機組得以廣泛投產，大型發電機在高速旋轉的時候，轉子繞組需要承受巨大的離心力與熱應力，轉子結構非常復雜，匝間的絕緣也較為薄弱，同時在設計、生產、工藝等方面存在不同問題，運行中熱力、電磁與機械等的綜合性影響，會讓轉子繞組產生位移與摩擦，并且會導致絕緣性能弱化，致使匝間短路故障的產生。當發電機轉子匝間出現短路問題的時候，故障表現并不明顯，其并不會對發電機正常運行產生過多影響，所以通常會容易忽視其產生的短路問題。可使故障問題的持續發展，匝間短路會導致發電機大軸、軸瓦產生磁化。如果磁化嚴重要及時實施退磁處理，負序磁場會對轉子產生損傷影響，導致轉子出現接地、燒毀互換等安全事故，嚴重威脅機組實際運行的安全性與穩定性。

1產生故障問題的原因

發電機組轉子繞組匝間短路故障問題產生的原因有一般有兩個層面：

1.1設計方面

發電機轉子位置的弧線轉彎位置曲率半徑比較小，導致外弧翹起，因為離心力的影響，匝間絕緣會被壓斷導致匝間短路故障的產生。

1.2質量方面

轉子端繞組的固定不夠牢靠，墊塊存在松動的情況。發電機實際運行當中因為銅鐵溫差導致繞組產生位移，設計上并未使用合理有效的措施。所選擇的匝間絕緣材料質量不合格，其中包含金屬性的硬刺，有的繞組銅導線實際加工中出現倒角和去毛刺等，實際運行中會因為離心力的影響下降匝道絕緣刺穿，導致匝間短路的故障問題[1]。

端部拐角的整形不合理，局部位置有很多褶皺，屬于凹凸不平的狀態，匝間的絕緣墊片不正確、存在漏電或者堵孔的情況，這里所說的孔是直接冷卻形成的繞組通風孔。繞組導線焊接頭與相鄰繞組間的連接線焊接位置整形不佳。制造工藝太過粗糙會有工藝性的損傷。轉子護環中殘存著加工處理后剩下的金屬切屑等物質。轉子線匝存在未銑封孔匝，或者是風量不合格等導致過熱嚴重的匝間短路故障問題。

2 故障問題類別的劃分

轉子繞組的匝間短路故障問題依據短路情況是否會伴隨轉子轉動、運行情況等而產生變化，劃分成為穩定性的匝間短路故障與動態性的匝間短路問題，一般動態匝間的短路故障比較多。

遵照故障問題的發展過程進行劃分，轉子繞組匝間短路一般分為萌芽期、發展期與故障時期。

萌芽時期的轉子繞組匝間產生最初的異常征兆，整個機組的實際運行并未受到影響，發電機組的振動、機組無功、軸電壓以及勵磁電流等都滿足正常運行的要求，故障問題就是局部位置過熱，匝間高阻短路以及存在的污染物等。

發展時期機組實際運營已經表現為異常，匝間短路一般是穩定特征的，這個時候的發電機實際運行中振動幅度較大、無功以及機組勵磁會被影響，實際運行的工況限制并未被沖破。

故障時期，繞組匝道絕緣會存在明顯的短路征兆，發電機組振動嚴重超標，勵磁電流超出了額定要求，轉子高度高等不正常運行的情況[2]，其會對發電機組的穩定、安全運行產生不良影響，導致轉子接地等故障問題，這時候相關工作者一定要及時進行停機，對故障問題進行及時處理并全面進行檢修。

發電機繞組匝間的短路故障問題診斷，就是要盡量在故障問題的萌芽、發展時期進行精準判斷，判斷其具體為哪一種短路問題，對故障問題產生的原因進行探析，明確故障問題出現的位置以及嚴重程度。

3檢測辦法

3.1 停運狀態下的檢測辦法

發電機組繞組出現匝間短路故障問題，會致使轉子勵磁回路位置的繞組出現短路，機組實際運行中一般都是轉子電流上升、無功功率降低、氣隙磁通畸變紙質嚴重的機組振動，振動變化趨勢和勵磁電流同時產生，定子饒子電勢與電流當中產生諧波成分，轉子軸上感應到軸電壓等情況。在具體工作當中，發電廠和相關探究部門提出很多種檢測匝間短路故障問題的有效措施，其中包含：

3.1.1空載試驗辦法

對空載狀態下的發電機轉子勵磁電流進行測量，把其和歷史測量值進行對比，遵照勵磁電流變化情況對轉子繞組的匝間短路問題進行判斷。如果轉子繞阻出現匝間短路的故障問題，空載電流會超出歷史數值。在短路匝數很少的時候，空載下的勵磁電流增長并不明顯，所以，空載試驗辦法能夠對匝間短路故障問題進行參考判斷。

3.1.2單開口變壓器的檢測辦法

因為轉子饒子中介入交流電以后，轉子槽齒會形成交變磁通，所以可以使用一只開口的變壓器與槽齒形成閉合磁路，對所有槽上漏磁通產生的感應電壓進行測量，遵照線圈感應電視數值與電源電壓夾角對轉子饒子是否存在匝間短路故障問題進行判斷。如果短路位置是在線槽上邊，獲得的結果會較為明顯，短路位置接近槽底或者槽中的時候，開口變壓器感應電勢的數值會顯著降低。相關測試的結果表明個，如果磁性槽楔下的線圈產生匝間短路故障，這樣的檢測辦法并不靈敏[3]。

3.1.3雙開口的變壓器檢驗辦法

雙開口的變壓器檢驗辦法，就是針對電磁感應相關原理，把兩個開口的變壓器安裝在轉子線圈對應的槽齒上，對變壓器進行勵磁電源的是家，在槽內線圈存在匝間短路故障的時候，因為一些磁通經由另一個變壓器進行閉合，所以會在這個變壓器上將電勢感應出來，這個時候再對這個變壓器感應電勢進行測量，如果感應電勢比無匝間短路形成成倍增加，就表明轉子線圈匝間存在短路故障問題。

3.1.4直流電阻的測量檢測辦法

基于轉子直流電阻的減少對轉子匝間的短路問題進行測量，匝間短路故障問題產生的時候，轉子繞組直流電阻數值也會減少，所以，基于測量獲悉直阻數值是撿地的，這個時候就表明存在匝間短路的故障問題。可是在產生匝間短路故障的匝數并不多時，這樣的方式無法對轉子繞組匝間短路問題進行精準判斷。

3.1.5交流阻抗與損耗試驗

對轉子不同轉速情況下的交流阻抗、功率損耗等進行測量，同時基于相同條件之下的交流阻抗與公路損耗進行對比，甄別轉子繞組是否存在匝間短路的故障問題。通常來講，如果阻抗的下降數值比較多，功率損耗增加快且多就表明存在匝間短路故障。可是遵照實驗結果對轉子匝間短路問題的判斷依據較為模糊。對比來講，功率損耗會比交流阻抗更為敏感，可是其無法對匝間短路問題進行精準判斷。

3.1.6 RSO檢測辦法

RSO檢測辦法源于行波理論，基于雙脈沖信號的發射器，想轉子兩極同步是家前沿陡峭的高頻率沖擊脈沖波，并且對其對稱性進行比較，檢驗轉子繞組匝間是否存在短路問題。常規黃臺下，兩臺相應曲線應該是非常溫和的。如果兩臺曲線的非吻合度達到一定范圍，就表明轉子繞組匝間存在故障問題。

3.2動態狀態下的檢測辦法

3.2.1線圈探測法

動態檢測發電機轉子匝間的短路問題時，比較常用的方式就是線圈探測法，基于在發電機氣隙當中安裝的線圈，對發電機勵磁電流形成的漏磁量進行探測與測量。正常狀態下所有槽中的漏磁量和槽勵磁電流的大小屬于正比狀態。在轉子繞組產生斷裂故障的時候，會減少槽漏磁量，線圈探測發遵照漏磁量變化測得數值對匝間短路問題的所在槽進行判斷。因為漏磁通量比較小，測量過程中較為困難，發電機帶荷運行中產生的影響比較大，線圈探測方式會將嚴重的波形畸變檢測出來，所以，不能對匝道短路問題進行判斷。常規做法就是把解列完成的發電機三相出線進行短接，之后實施勵磁，當定子繞組電流達到一定程度的時候，基于動態檢測裝置獲得氣隙磁場當中轉子動態匝間的短路波形。

3.2.2勵磁電流與振動變化檢測辦法

遵照相關文獻中的記錄，發電機轉子產生輕微的短路故障，發電機振動和勵磁電流變化屬于正相關關系，其也是對轉子匝間短路故障問題進行識別的有效方式。轉子繞組產生匝間短路故障為題以后，定子氣隙當中的電磁場會產生畸變，轉子由于被失衡電磁力影響會產生振動，通常勵磁電流增加會導致失衡力的增加，轉子振動隨之增加。可是這樣的方式，只能明確發電機轉子匝間短路故障問題產生的可能性大，卻無法對短路故障位置進行辨別。

4 結語

發動機的實際運行中會產生和無功相關的震動，檢修工作中轉子交流組會有明顯降低，振動去子安和勵磁電流曲線對比來講較為滯后，發電機的空載特性曲線會降低，抽電壓隨之上升，轉子繞組會產生電壓偏差，氣隙探測的波形幅值會下降，轉子電流增加，無功功率會減少等都是導致轉子匝間出現短路故障問題的特征，一定要及時進行檢驗與處理。大型發電機需要安裝轉子匝道短路故障的探測線圈，有助于對轉子繞組匝間短路故障問題的檢測和查找。

參考文獻

[1]劉攀，趙曉艷，成慧翔，等.發電機轉子繞組匝間短路故障診斷研究[J].現代制造技術與裝備，2018（11）：109-110.

[2]屠卿瑞，陳橋平，李一泉，等.考慮不同轉差的雙饋風力發電機短路計算序分量模型[J].廣東電力，2018（10）：58-66.

[3]鄭海燕，解秀勛，么艷香.基于功率鍵合圖的風力發電系統建模[J].廣東電力.2018（09）：77-82.