基于重复脉冲法对发电机转子绕组匝间短路故障诊断分析

华电电力科学研究院有限公司山东分院

摘要：基于行波传输原理，利用隐极式同步发电机转子绕组对称性，通过注入重复脉冲法并对响应信号进行采集和分析，判断发电机转子绕组是否存在匝间短路。发电机转子绕组匝间短路重复脉冲法（RSO）能快速分析发电机转子绕组匝间绝缘状态及劣化趋势，判断是否存在转子匝间短路和接地等故障。

关键词：转子绕组；匝间短路；RSO；绝缘劣化

0 引言

发电机转子绕组匝间短路故障在转子电气绝缘事故中占有较大比例。对于大型发电机来讲，由于在转子绕组的冷却设计上存在一定难度，因此，局部过热和匝间短路会相互激发。如果对转子匝间短路故障不能及时发现，则这类故障会产生很大的危害，短路点局部过热会导致绝缘烧损接地、线棒过热会导致变形或熔烧，故障进一步发展会造成烧坏护环、大轴磁化或烧伤轴颈和轴瓦等，甚至会造成转子烧损事故或转子局部热态弯曲。对发电机进行转子绕组匝间绝缘检测试验尤为重要。

1重复脉冲法试验原理

采用双脉冲信号发生器对发电机转子两极同时施加前沿陡峭的一个高频冲击脉冲波，通过双线示波器录得两组响应特性曲线，当两响应曲线差值是一条直线时，表明无匝间短路现象。否则，说明存在匝间异常或短路。试验数据以拟合曲线偏差率为参数评断。U_m为脉冲上升沿结束后的最大正峰值，U_d为差值曲线上对应A、B两组响应特性曲线不吻合区域的最大下凹量，也即A、B曲线之间的最大偏差量绝对值，在RSO检测曲线上的有效段。偏差率的计算公式如下：

试验如图1所示，测试仪接线面板的接线插头分别与发电机转子内、外滑环及转子大轴相连，另一端通过USB与数据分析软件及便携机相连。

图1 发电机转子绕组RSO试验接线图

试验过程干扰源及排除方法

a）激励信号电缆本身也是激励信号的负载，激励信号也会在其上产生反射。如果两条信号电缆不对称，则两个反射波不一致，导致在特征波形的信号上升沿根部产生畸变，如图2所示。这个畸变是因为信号电缆的非对称引起的，与转子绕组的状态无关。在试验中，尽量保证信号电缆的空间对称性，即两条信号电缆分别与信号地电缆所围的面积基本相等，避免这种虚假的畸变波形。

图2 畸变波形

b）输出阻抗调整，在正确接线并与软件联机后，应进行输出阻抗调整。此步骤是为了匹配分析仪信号内阻与转子绕组的阻抗，使二者相等，以使转子绕组获得最大激励信号功率。c）传播时间标定，传播时间由转子的结构参数决定。同一设计型式的发电机，也会因为制造误差、绕组状态的原因，使得激励信号在转子绕组中的传播时间略有差异。在测试中应采用实测来标定传播时间。d）特征波形精调，经过输出阻抗调整后，如果特征波形不平直，则说明可能存在短路，此时需要进行特征波形的精调，然后才可以根据精调后的特征波形进行分析。因为精调中需要相关系数的辅助，而相关系数只有在传播时间标定后才能计算，所以此步骤放在传播时间标定之后进行。

2实例分析

2.1 试验数据分析

以某一发电厂额定功率为660MW发电机转子绕组匝间短路试验异常为例进行分析。利用重复脉冲法方法对发电机转子绕组进行匝间短路检测，检测数据图形如图3。

图3发电机转子重复脉冲法结果

分析该发电机转子绕组重复脉冲法（RSO）试验数据波形，两组返回的脉冲波形不能很好地重合在一起，依据图3分析该发电机转子匝间短路异常波形出现在转子7~8线圈中，经上图试验数据在有效段计算偏差率为10.35%，依据导则 “对于1号~2号线圈，当△≥8%时，可判断转子绕组存在匝间短路故障；对于3号及以上其他线圈，当△≥3%时，可判断转子绕组存在匝间短路故障”，该发电机在转子7~8线圈出现异常，偏差率为10.35%，远远大于3%，可判断转子绕组存在匝间短路故障。为确保该试验数据可靠性，分别进行发电机转子膛外静止状态下0度、90度、180度、270度RSO试验。详见表1，该发电机转子不同角度下RSO试验数据一致。

表1 不同角度下RSO试验波形图及合成差值

角度	0°	90°	180°	270°
差值(mV)	49.05	49.21V	49.12V	49.11V
偏差率	10.36%	10.17%	10.26%	10.28%

综上所述，根据隐极同步发电机转子匝间短路故障诊断导则，“两极的响应出现明显差值，则判断转子绕组存在匝间短路”。该转子绕组内部存在金属性或非金属性的匝间短路故障。

2.2试验结论验证

依据重复脉冲法试验数据分析，该转子绕组存在匝间短路故障，为进一步确认是否存在异常，对转子进行了进一步检测。利用极间电圧法测量转子极中点和正负极之间的电压，测试结果见表2，“极间电压差超过最大电压值的3%时，判定为存在匝间短路”表中最大电压偏差已达17.14%，试验结果不合格。发电机转子解体后故障点（见图4）为励端7号线圈与RSO试验数据故障判断一致，该试验检测准确度较高。

图4发电机转子绕组短路点

表2 极间电圧测试结果

试验电压（V）	测量位置1	电压（V）	测量位置2	电压（V）	电压偏差
200	内环-极中点	109.7	外环-极中点	90.9	17.14%

3结论

利用重复脉冲法（RSO）对发电机转子绕组进行匝间短路故障检测，试验具有接线简单，检测灵敏度高，对设备无损害，对故障准确定位等优点。在发电机不用解体大修时，日常停备状态方可进行检测，能快速分析发电机转子绕组匝间绝缘状态及劣化趋势，是一种非常有效的检测技术。

[1] DL/T 1525-2016 隐极同步发电机转子匝间短路故障诊断导则

[2]T/CSEE 0041-2017 隐极同步发电机转子重复脉冲（RSO）试验导则

[3]刘建峰,任章鳌.某电厂600 MW汽轮发电机转子匝间短路故障诊断和处理[J].湖南电力,2016,(1).69-71.

作者通讯信息：

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