在线检测汽轮发电机转子匝间短路故障方法研究

　　0 引言

　　转子线圈匝间短路故障是发电机常发生的故障之一，由于对机组正常运行影响不大或故障特征不明显，经常被忽略，但长期运行下去，匝间短路故障会导致转子线圈1点甚至2点接地，而且发电机长期运行在故障状态也会对其寿命产生影响，导致恶性事故的发生，因此进行匝间短路故障早期预报是十分必要的。目前，国家标准制定了检测转子线圈匝间短路故障的方法：测量转子静态下交流阻抗和转子动态下气隙线圈探测。第1种方法是离线检测，第2种方法在发电机空载和三相短路时效果较明显，而在发电机正常运行时，由于电枢反应，效果受到影响。为了克服其不足，本文对汽轮发电机转子线圈匝间短路的故障机理进行了深入分析，确定了故障征兆，找到了一种根据发电机已有的在线电气监测数据进行转子匝间短路故障诊断的方法。

　　1 发电机转子线圈匝间短路故障机理分析

　　1.1 故障原因

　　汽轮发电机转子结构复杂，处于高速运转状态，且受非常大的电磁力及机械力作用，匝间短路故障可以说是一种比较常见的故障，发生这种故障的主要原因有：

　　a.发电机启、停时的离心力或负荷变化所引起的热胀冷缩，使转子线圈发生位移、变形或局部绝缘损坏，造成匝间短路，尤其对调峰运行的发电机，更应引起注意。

　　b.检修或运行时，在转子绕组的通风槽内落入异物，造成转子线圈匝间短路。

　　c.制造质量较差，转子线圈有毛刺或留有异物颗粒等，都可能在运行中导致转子线圈匝间短路。

　　虽然发电机在轻微转子匝间短路故障时仍可在一定条件下坚持运行，但当发展到一定程度时，会因匝间短路，减弱发电机有效磁场，在同样运行工况下需要较大的励磁电流，甚至可能因此而降低发电机的出力，或由于不对称短路导致振动加剧。此外，短路点处的局部过热可能使故障进一步扩大为转子绕组接地故障[1]。

　　1.2 转子匝间短路电磁特性分析 某热电厂QFNS-200-2型发电机由于第1、第2线圈未垫绝缘片，导致转子线圈匝间短路故障，进行测量转子静态下交流阻抗及功率损耗试验，整体绕组交流阻抗及功率损耗测量值见表1。原因在于在匝间短路时，在交流电压作用下，流经短路线圈中的短路电流比正常线圈中的电流大，并有强烈的去磁作用，导致转子整体绕组交流阻抗下降，功率损耗增加，从而在发电机并网运行时，限制了发电机无功出力[1,2]。

　　当发电机正常运行时，气隙磁势在载流导体处发生跳跃，转子磁势的空间分布应为阶梯形，可以近似认为是梯形，但当故障发生时，有短路匝的磁极的磁势产生局部损失，磁势峰值和平均值减小，因此匝间短路时可以认为是退磁的磁势分布，即短路等效磁势反向作用在有短路的磁极主磁场的磁势上。总之，转子的短路效应会导致磁场相对减弱。在正常条件下，如果转子绕组磁势用F。表示，短路线匝产生的磁势用△F表示，则匝间短路发生后转子磁势变为F=Fo-△F。因此，转子匝间短路虽然引起转子电流的增大，但无功却相对减小，这可作为识别转子发生匝间短路故障的一个明显的特征[3,4]。