大型汽轮发电机转子匝间短路故障分析技术经验交流张征平

大型汽轮发电机转子匝间短路故障分析技术经验交流张征平内容摘要：

具体做法 ， 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。 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。 但是当出现匝短故障时，原有的对称性被破坏，各个部位的电压值都会发生变化。 但对于两槽线圈底匝之间的电压差而言，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。 图 6 中，工作人员正在该部位测量转子绕组的电压分布数据。 11 图 6 正在测量 转子 绕组的分布电压 需要进一步指出的是，由 于转子绕组绕制方向的特殊性，正常情况下，两相邻底匝之间的电压差有两种情形。 一种是差值几乎为零，因为两个底匝 之间其实只相差了一匝线圈，因此电压差很小；另一种情形 则是 电压差 约 两倍于单槽线圈所承受的电压， 这是 因为两底匝之间 包含了两个槽的线圈。 ZH 电厂 2发电机转子出现匝短故障后，对其进行转子绕组分布电压试验， 施加交 流电压 ，各个线圈底匝线棒的电压测量结果如表 1 所示。 表 1： 各个线圈底匝线棒的电压分布 （试验电压： ） 极 1（外滑环） 极 2（内滑环） 线圈编号 电压值（ V） 电压差（ V） 线圈编号 电压值（ V） 电压差（ V） 1 1 2 U21= 2 U21= 3 U32= 3 U32= 4 U43= 4 U43= 5 U54= 5 U54= 6 U65= 6 U65= 7 U76= 7 U76= 12 8 U87= 8 U87= 注：表中的 Uij 表示 Uj 与 Ui 之间的电压差的绝对值，即 Uij=∣ UiUj∣ 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。 极 1 中 U43的异常下降说明在极 1 绕组的 3或 4线圈内，存在匝间短路故障。 由于部分匝数被短路掉，造成 3或 4线圈的阻抗下降，从而引起 U43 的异常下降。 由于 U43 同时包含了 3线圈和 4线圈的电压降，因此还无法确定匝间短路点 具体 是在 3线圈还是在 4线圈上。 为便于更直观地看出极 1 绕组上 U43的异常变化，可以将表 1 中极 1 和极 2的电压差数据以曲线的形式绘出，如图 7 所示。 从图 7 中可以看到，除极 1 的U43 发生异常下降外，曲线的其它部分都具有很好的一致性。 图 7 极 1 和极 2 的 各线圈底匝电压 差对比曲线图（试验电压： ） 虽然底匝线棒之间的电压差测量起来很方便，结果也很清晰，但其缺陷在于不能确定匝间短路具体存在于哪一个线圈上。 为了解决这个问题，需要进一步测量这两个线圈各匝线棒的电压分布。 值得指出的是，从图 5 和图 6 中护环内侧 的转子绕组结构图可见，由于每槽线圈之间有足够的间隙，那么就 可以通 过探针 测量的 方式， 将探针 伸入间隙内，逐匝逐匝地测量出 3线圈和 4线圈上各匝的电压，通过各匝电压的变化情况，就可以准确地知道具体是在哪个线圈的哪两匝线棒之间存在匝间短路故障了。 要测量线圈内部 各匝线棒的电压，可以对转子绕组施加交流电压，也可施加 13 直流电流进行测量。 上述 ZH 电厂 2发电机转子匝短故障案例中，就是施加了直流电流进行试验。 考虑到极 1 和极 2 绕组的对称性，为便于比较，对极 1 绕组和极 2 绕组各自的 3线圈都进行了测量，测量结果如 表 2 所示。 表 2 极 1 和极 2 绕组的 3线圈各匝线棒的直流电压分布 （试验电流：直流 ） 极 1 绕组的 3线圈 —— 引线 1 （左侧上方测量） 极 2 绕组的 3线圈 —— 引线 2 （右侧下方测量） 匝编号 电压值（ V） 电压差（ V） 线圈编号 电压值（ V） 电压差（ V） 1 1 2 U12= 2 U12= 3 U23= 3 U23= 4 U34= 4 U34= 5 U45= 5 U45= 6 U56= 6 U56= 线圈的总压降（ V） 线圈的总压降（ V） 两个线 圈上总压降的差值（ V） 从 表 2 中可见，极 1 的 U45= 是最小值，远低于其它匝间电压。 很明显，极 1 绕组 3线圈的 4~5匝线棒之间发生了匝短故障。 若 用图形方式来看 上述数据的变化情况 ，就会更明显。 先将极 1 和极 2 绕组 各 自 3线圈的各匝 电压 数据绘出，其 图形如图 8 所示。 01 2 3 4 5 6极1的3线圈极2的3线圈 图 8 极 1 和极 2 绕组各自的 3线圈 各 匝电压曲线图 从图 8 中的曲线变化趋势来看，其反映匝短故障的特征不明显。 现在把 相邻 14 两匝之间的电压差变化情况 绘出来，效果就完全不同，如图 9 所示。 01 2 3 4 5极1的3线圈极2的3线圈 图 9 极 1 和极 2 绕组各自的 3线圈 相邻两 匝电压 差 曲线图 从图 9 可以非常明显发现， U45即 4~5匝之间的电压骤降，因此，匝短故障就发生在这两匝之间。 至此，采用转子绕组电压分布试验方法，就简单易行 但却准确 、可靠 地诊断了转子匝短故障的存在，并 且 可以将 故障 部位 准确地 定位到具体的某槽线圈 中的某两匝之间。 7． 三相短路状态下的动态。