发电机转子匝间短路和接地故障精讲

1、发电机转子绕组匝间短路和接地故障诊断 ?转子匝间短路和接地故障的概述转子匝间短路和接地故障的概述 ?发电机转子匝短故障的分析和检测步骤发电机转子匝短故障的分析和检测步骤 ?转子运行中的匝短故障分析转子运行中的匝短故障分析 ?转子停运后（仍在发电机定子膛内）匝短转子停运后（仍在发电机定子膛内）匝短故障的分析故障的分析 ?转子接地故障分析转子接地故障分析 一、转子匝间短路和接地故障的一、转子匝间短路和接地故障的概述概述 ? 由于部分绕组被短接，励磁绕组中电流增加，可能引起过热而烧伤；若短路匝数较多，会使发电机磁路中主磁通减少，使得机组向外输出的感性无功减少，引起机端出口电压下降，同时定子电流可能会

2、急剧上升；由于部分绕组被短接，使气隙磁通失去了平衡，从而引起振动，特别是多极机会引起更加严重的振动。 ? 转子一点接地是常见的不正常的运行状态，由于励磁电源的泄露电阻(对地电阻)很大，限制了一点接地泄露电流的数值，一般不会造成危害。但如果再有另外一个接地点， 即发生两点接地故障时会形成部分线匝短路。 二、发电机转子匝短故障的分析和检测二、发电机转子匝短故障的分析和检测步骤步骤 在转子匝短故障分析、诊断和处理的过程中， 一般都需要经过以下几个过程： ? 1、转子运行中出现异常振动，需要通过异常振动现象来分析转子绕组是否存在匝短故障； ? 2、转子停运后，要对仍在发电机定子膛内的转子进行有关的电气

3、试验，以判断是否存在匝短故障； ? 3、将转子抽出来放置于发电机定子膛外后，可对匝短故障点进行定位分析； ? 4、对确实存在匝短故障的转子绕组进行返厂解体处理，找出故障点，并进行故障发生原因分析，以便有针对性地进行处理。 三、转子运行中的匝短故障分析三、转子运行中的匝短故障分析 ? 正常运行中的发电机，其转子的振动水平一般保持在较低的振动水平（GB7064-2008隐极同步发电机技术要求中，要求不大于80m）。当转子出现异常振动后，首先要对引起转子异常振动的原因进行分析。 ? 当转子出现匝短故障后，定子气隙中的电磁场发生畸变，转子因受到了不平衡电磁力而发生振动，且一般随着励磁电流的增大，不平衡

4、力加剧，转子的振动也相应的增大。 ? 其典型特征是：转子的振动与励磁电流之间存在着明显的正相关性。根据这一特征，就可以对运行中的转子是否存在匝短故障得到一个比较明确的结论。换句话说，当转子出现振动异常增大，且与励磁电流之间存在着比较明显的正相关性关系时，就应当怀疑转子内部可能出现了匝短故障。 四、转子停运后（仍在发电机定四、转子停运后（仍在发电机定子膛内）匝短故障的分析方法子膛内）匝短故障的分析方法 ?1、空载试验； 2、直流电阻测量； 3、交流阻抗和损耗试验； 4、两极电压平衡试验； 5、RSO重复脉冲波形试验； 6、转子绕组电压分布试验； 7、三相短路状态下的动态匝间短波形试验。 1空载试

5、验 ? 具体方法：通过测量空载状态测量空载状态下发电机转子的励磁电流励磁电流，将其与历史值与历史值进行比较比较，分析其变化的程度来判断转子绕组是否存在匝短故障。 ? 判据：存在匝短故障的转子绕组，其空载电流将比历史值要有所增大。 ? 特点：当短路匝数较少时，空载下励磁电流的增长不会很明显，因此，空载试验只能作为判断匝短故障的一种参考。 2直流电阻测量法 ? 具体方法：通过测量转子直流电阻，将其与历史值与历史值进行比较。比较。 ? 判据：理论上，当出现匝短故障时，转子绕组的直流电阻值当然会变小。因此，通过测量其直阻值的下降，可以判断转子存在匝短故障。 ? 不足：当发生匝短的匝数很少时就很难准确地

6、判断转子是否存在匝短故障 3交流阻抗和损耗试验 ? 原理：绕组出现匝间短路，交流阻抗减小，损耗增大。 ? 方法：测量转子绕组交流阻抗和功率损耗，与历次试验数据相比。 ? 对于转子的交流阻抗来说，其阻抗下降10%的变化，往往并不能说明转子绕组存在匝短故障。但功率损耗值上升10%左右以上的变化，往往说明转子绕组很可能已存在匝短故障。 ? 测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗是判断有无匝间短路的较为灵敏和有效的方法。 ? 在交流电压作用下,转子绕组短路匝中流过的电流要比正常匝大,其方向与正常匝的电流方向相反,有较明显的去磁作用,形成绕组总阻抗的显著下降,功率损耗明显增加,根据多年现场试验证明,与正常试验

7、结果相比,如交流阻抗值下降8%,功率损耗上升10%,一般都存在匝间短路。 ? 交流阻抗和功率损耗法的试验接线如图所示。交流电压经自耦调压器T,接至转子滑环1-1,其值应不超过转子额定电压。发电机大修后或交接试验应在升速过程中测其交流阻抗或功率损耗。 ? 交流阻抗法因接线简便，静态或动态，转子在定子膛内或膛外皆可进行试验，测试的灵敏度较高等优点，而现场广泛采用。但应注意，此方法因受多种因素影响，常常降低其试验结果的准确度，如试验时施加电压的大小，转子所处位置，静态或动态，电源周率、短路点接触电阻及短路匝在槽内所处位置等。虽然可在历次试验中将这些因素的影响缩减到最小程度，如转子所处位置、动态或静态

8、，电源电压大小及周率等等，但多次试验结果表明，仅用此法尚不足以最后判定匝间短路性质及其严重程度。 VUWATy交流阻抗及功率损耗试验结线 ? 正因影响交流阻抗法的因素较多，过去国内各试验研究单位曾根据各自的测试条件提出过不同的判定标准，其范围大致是，交流阻值下降410%。也曾出现过交流阻抗仅下降45%的确存在匝间短路，但下降810%却不存在匝间短路的事例。可见，仅用交流阻抗法来判定转子是否存在匝间短路是不够充分的，应结合其它方法综合判断。这对确定转子是否采取检修措施时是十分必要的。 4两极电压平衡试验 ? 方法：通过测量两极绕组上的电压降，比较两者之间的电压差异。 ? 判据：当这种差异小于某个

9、限定值时（根据JB/T8446-2005隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法中的规定，“两极线圈间的电压差不得大于最大值的3%”），可认为转子不存在匝短故障，而当这种差异超过该限定值时，则判断转子出现了匝短故障。 ? 不足：发生某种特例，例如两极绕组各自都存在匝短故障点，且故障点恰好处于对称的位置，此时，两极电压平衡试验就无法检测出来了。 5重复脉冲波形（RSO）法 ? 方法：RSO方法基于转子绕组的对称结构，分别从转子的正、负两极向转子注入高频脉冲信号，将高频脉冲的响应波形进行180度的换相重叠，通过比较对称性，验证转子是否存在匝间短路。 ? 判据：正常情况下，两条响应曲线应当十分吻合。当两

10、条曲线非吻合度达到一定的程度时，即判断转子存在匝间短路故障。 ?6. 转子绕组电压分布试验 原理：无匝短故障的转子，其两极绕组的 各个相对应部位的电压或电压差都具有良好的对称性。匝短故障时，原有的对称性被破坏，但对于两槽线圈底匝之间的电压差，如果不存在匝短故障，则电压差值基本不变，如果存在匝短故障，则电压差值就会发生显著的变化。 ? 方法：是在静止的滑环上施加较低的安全电压（例如50V左右的交流电压，便于使用万用表读数即可），然后测量各个底匝的电压，进而可以计算出相邻两底匝之间的电压差。 某电厂2#发电机转子出现匝短故障后，各个线圈底匝线棒的电压测量结果 极极1（外滑环）（外滑环） 线圈编号

11、电压值（V） 电压差（V） 线圈编号 极极2（内滑环）（内滑环） 电压值（V） 电压差（V） 1 2 3 4 5 6 7 8 0.11 4.90 5.46 8.76 9.36 15.48 16.15 22.44 - U21=4.79 U32=0.56 U43=3.30 U54=0.60 U65=6.12 U76=0.67 U87=6.29 1 2 3 4 5 6 7 8 48.20 43.10 42.50 36.96 36.31 30.10 29.42 23.10 - U21=5.10 U32=0.60 U43=5.54 U54=0.65 U65=6.21 U76=0.68 U87=6.32

12、比较表1中极1和极2相同位置的电压差，除极1中4#与3#线圈底匝线棒的电压差U43的值突然下降、出现明显异常外，其它各点的电压差都十分接近，具有良好的对称性。 7三相短路状态下的动态匝间短路波形试验 ? 原理：对于无匝短故障的转子，其动态匝间短路波形中，各个波头的包络总体分布呈下凹的圆弧状，各个波头之间的排列比较有序，并且具有对称性。而存在匝短故障的转子，上述包络特征将发生畸变。 无匝短故障转子的动态匝间短路波形 某电厂1#发电机转子的动态匝间短路波形 3#线圈和4#线圈相对应的两个波头均异常下陷，表明在这两个线圈上存在着匝短故障。解体后的检查结果表明，3#和4#线圈上各有一处发生了匝间短路故

13、障。 ? 方法：将解列后的发电机三相出线短接起来，然后进行励磁，使定子绕组中的电流升至一定程度时，通过在线监测装置，获取气隙磁场中的转子动态匝间短路波形，进而进行判断有无匝间短路故障。 序号序号 名称名称 适用场合适用场合 敏感性敏感性 准确性准确性 特点特点 唯一在转子运行在实际工况下的分析1 基于“振动 励磁电流关系曲线”分析方法 发电机运行中，故障分析的第一阶段 较好 较好 方法；无需额外的试验设备，但分析结论需待验证。 2 空载试验 发电机从电网解列后 较差 较差 非严重匝短情况下，不能作为匝短的直接判据。 3 直流电阻测量 发电机停机后，膛内和膛外均可。 较差 较差 非严重匝短情况下

14、，不能作为匝短的直接判据。 4 交流阻抗和损耗试验 发电机停机后，膛内和膛外均可。 发电机需停机，有的机型只能在膛外进行。 发电机停机后，膛内和膛外均可。 一般 易误判 暂无明确的判断依据。需依据分析者个人经验。 5 两极电压平衡试验 一般 偶有误判 试验方法较粗糙。 无判断标准，定位需依据操作者个人经验。 6 RSO方法 较好 偶有误判 7 转子绕组电压分布试验 发电机需停机，有的机型只能在膛外进行。 需要掌握转子绕组内部结构。无需专好 好 用的检测仪器，简单易行，诊断结果具有确定性。可定位。 8 动态匝间短波形试验 发电机运行于三相短路状态 好 好 需安装有在线监测装置，否则不能进行。不能

15、进行故障点的精细定位。 五、接地故障的检查试验 ?转子回路发生接地故障时，首先应对绕组外部连接回路进行检查，依次排除外部回路接地的可能性后，再检查绕组本身的接地部位。 ?常用的检查试验方法如下： （1）电压表法 ?此方法能简便判明转子绕组接地点位置及接地电阻数值，发电机在静止或转动状态下均可进行测量。但应注意，在运行状态下进行测量时应在励磁回路中投入两点接地保护。 V+RyV1V2-电压表法测量结线 ?在转子滑环上加直流电压，用电压表测量正负滑环间电压V，正环及负环对地电压及，计算接地点电阻Rg: gv 12 ?如为金属性接地故障，可按下式算出接地点对正，负滑环间的大致电气距离，或占转子绕组总

16、长的百分比。 ?距正环 100?12?V?R?R ? 1 ?V?V?VL?100V?V?距负环 200 ? 12 ?应注意，如发电机处于旋转状态，应使用带绝缘柄的铜网刷直接触到滑环及转轴上进行测量，测得的正环对地电压，及负环对地电压之和不应大于两滑环间的电压，根据测试结果判定： ?如V1V2 ，接地点靠近负环， V1V1 ,V120 ， 或负值，接地点不在转子绕组内部。 ?进行这项试验还应该注意所用电压表内阻数值，否则易引入较大误差。如为非金属性接地，必须选用高内阻电压表，如数字式电压表或万用表。 VL?100V?V?进行这项试验还应该注意所用电压表内阻数值，否则易引入较大误差。6?R? 10

17、 ?，如数字式如为非金属性接地，必须选用高内阻电压表 v电压表或万用表。 ?（2）直流大电流法 ?在转子轴上施加大的直流电流查找绕组接地点的轴向和周向位置是检修存在接地故障转子的常用和行之有效的方法 ?在转子两端轴上通以较大的直流电流（约2001000A），则沿转子轴向的电位分布如曲线1所示。转子绕组及滑环的电位与接地点相同，如曲线2所示。测量时将检流计G（或量程不大于0.1mv的毫伏表）的一端接于任一滑环上，另一端接探针。将探针触接转子本体作轴向滑动，当检流计指示为零时即为接地故障点沿轴向的位置。 =“O”KG12大电流法试验结线 ?在实际测量过程中，接近故障点的一段区域，检流计可能均指示零值或最低值，即呈现零值区或不灵敏区，（图-11中标“0” 的部分）。零值区的范围大小取决于试验时所施加电流的大小及检流计的灵敏度，试验时如出现零值区过大现象，只需加大试验电流或更换灵敏度更高的检流计，零值区即可缩小。 ?在能满足测量灵敏度要求的前提下，建议按下表选择试验电流 ?应注意，现场进行以上试验，一般用直流励磁机或电焊机作直流电源，在后一种情况下，有时用两台电焊机并联运行以获得较大直流电流，但也往往给电压调节和稳定带来困难。因而最好应用一台电机或减小试验电流。 ?还应注意，为防止大电流引入时因接线不牢而烧伤转子连接部位，应制作通流容量合适的专用卡环固定在转轴两端，将直流电源引线用