汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的判断与分析

汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的判断与分析大型发电机转子常见故障由于制造过程中的加工工艺不良和运行中各类机电耦合作用的影响，大型汽轮发电机转子经常出现转子匝间短路，热弯曲，碰磨，轴承轴向振动，轴承动态刚度恶化，发电机转子不平衡等故障。一、转子绕组匝间短路故障的

常见形式和原因1、静态下匝间短路：匝间绝缘破损、窜位、导条加工残存毛刺，端部R点绝缘尺寸或位置偏差，金属异物进入。2、动态下匝间短路：除上述原因以外，也可能是在离心力作用下，匝间绝缘破损、窜位及金属异物进入造成的。二、转子绕组匝间短路故障的危害1、短路点的过热会造成邻近的匝间的绝缘损坏，引发更严重的匝间短路，并可能引起转子绕组接地故障；2、直接引起转子运行时的异常振动；3、可能损坏轴瓦和轴颈，磁化大轴。三、常用检测方法1、静态下的检测方法序号检测方法灵敏性特点1交流阻抗一般受转子槽楔的材料、转子本体剩磁、试验时施加电压高低、试验电源频率、波形的谐波分量等多种因素的影响2两极电压法一般试验方法简单，但存在检测盲区3电压分布法较好无需专用试验仪器，但需要对转子绕组内部结构有清晰的把握4直流电阻法较差只有在严重的匝间短路下，数值才会出现明显变化5RSO法好利用行波技术，灵敏度高，可用于匝间短路的早期发现2、动态下的检测方法序号检测方法灵敏性特点1基于转子振动与励磁电流相关的分析方法一般唯一在实际运行工况下的分析方法，无需额外的试验仪器2气隙磁场探测线圈法好需要安装专用在线监测装置3空载试验或短路试验较差只有在严重的匝间短路下，数值才会出现明显变化以上所列出的几种检验转子绕组匝间短路的方法各有其优点和不足之处，因此在实际诊断过程中各种方法的结合使用，结果相互印证，才能最大限度提高诊断的正确性，使隐患和故障尽早的发现和排除。四、案例1、故障简介：某电厂#1发电机组于2012年10月安装移交生产，至2014年11月投运不足两年，发现#6、#7、#8轴瓦出现振动增大现象。自2015年4月以来，机组#7、#8轴承振动幅值有明显上升，DCS监视数据显示#8轴瓦相对轴振动最大为114μm（合成单峰值），10月之后基本稳定在90μm左右。2015年12月11日，停机检修。检查了#7、#8轴瓦，未见明显异常，减小了#8轴瓦顶部间隙，同时进行了轴系动平衡。2016年2月26日停机检修，对发电机转子进行配重处理。机组重新启动后，发现#7、8轴瓦振动持续增大，2月27日出现了励磁电流变化与发电机振动幅值上升正相关性。机组轴系示意图2、振动原因分析：根据机组2015年10月的振动测试数据，认为发电机转子存在很大热变量，引起发电机转子热变形的因素很多，主要有发电机转子发热不均匀或者冷却不均匀、发电机结构异常缺陷等。在满负荷、空载两个工况下，检测轴振动热变量，根据试验数据分析认为发电机转子受热之后平衡状态恶化，影响因素主要有发电机转子发热不均匀或冷却不均匀等。结合振动测试历史数据，认为发电机转子发热不均匀可能性较大。3、相关电气试验及结果2016年4月25日停机检修，对发电机转子进行了直流电阻、交流阻抗及功率损耗测试、两极电压平衡试验、RSO重复脉冲法等相关试验。依据试验标准为JB/T8446-2013《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》，DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》。3.1转子绕组直流电阻测试结果试验时间2012.07.102016.05.10直流电阻82.39mΩ（32℃）79.48mΩ（23℃）换算至75℃95.6695.50误差△%（标准≤2%）0.17直流电阻测试结果合格，变化范围没有超出规程要求值，不能证明存在匝间短路。3.2转子绕组交流阻抗转子绕组交流阻抗测试（交接）电压（膛外）电流阻抗13027.174.78415030.394.93517033.335.10019035.965.28321538.785.544转子绕组交流阻抗及功率损耗测试电压（膛内）电流功率阻抗5013.690414.13.65210025.1091523.33.98215033.5343031.44.47320039.5195028.25.060电压（膛外）电流功率阻抗5012.246372.64.18210023.0471418.94.33815031.9443050.54.69520039.2005018.75.115由于在DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》中，要求“测量的阻抗和功率损耗值自行规定，并与历年数值在相同试验条件下比较后不应有明显变化”；在JB/T8446-2013《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》中，同样没有具体规定静止状态下转子的交流阻抗及功率损耗所允许的变化量。将前后试验数据(膛外)中电压150v阻抗值进行比较，前后变化值未超过5%，不能证明绕组存在匝间短路。3.3两极电压平衡试验转子角度（膛内）P1在9点钟P1在6点钟P1在3点钟P1在12点钟P1在9点钟输入电压200.3198.0202.2200.1200.5P1电压98.396.798.897.997.9P2电压102.5101.3103.5102.2102.2极间差值4.24.64.74.34.3与最大值的比值4.1%4.5%4.5%4.2%4.2%转子角度（膛外）P1在6点钟P1在9点钟P1在12点钟P1在9点钟P1在6点钟输入电压200.5199.3200.5199.7200.4P1电压99.8101.798.397.897.9P2电压100.797.6102.1101.9102.6极间差值0.94.13.84.14.7与最大值的比值0.9%4.0%3.7%4.0%4.6%从上表中的数据来看，转子在各角度测试结果均超出JB/T8446-2013《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》中规定，“各级线圈间的电压差不得大于最大值的3%”

的限值，表明转子绕组中存在匝间短路。3.4发电机转子RSO（重复脉冲法）试验RSO试验是RECURRENTSURGEOSCILLOGRAPH的缩写，即循环周期性电脉冲示波器试验。主要原理就是对于内部不存在匝间短路故障的发电机转子，其RSO试验中的正、负极两条响应曲线从正峰值开始的下降曲线段是完全吻合重叠在一起的。但当转子存在匝间短路故障时，正、负极两条响应曲线将在短路点处发生分叉或不吻合现象。当两条响应曲线在分叉处的电压存在明显偏差时，可确认转子存在匝间短路故障。在JB/T8446-2013《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》中，RSO作为一种测量隐极式同步发电机转子匝间短路的新方法推广使用。转子绕组