发电机转子匝间短路故障原因及检测办法研究

叶晓辉

摘要：深入探析发电机转子产生匝间短路问题的原因，同时对匝间短路问题进行类别划分，依据发电机停运、在线状态罗列应用广泛的发电机匝间短路故障问题检测方式，阐释不同检测方式的特征。

关键词：发电机转子;匝间短路;故障问题;原因;检测办法;

最近几年，国家电力产业的快速发展，很多大容量、高参数的电机机组得以广泛投产，大型发电机在高速旋转的时候，转子绕组需要承受巨大的离心力与热应力，转子结构非常复杂，匝间的绝缘也较为薄弱，同时在设计、生产、工艺等方面存在不同问题，运行中热力、电磁与机械等的综合性影响，会让转子绕组产生位移与摩擦，并且会导致绝缘性能弱化，致使匝间短路故障的产生。当发电机转子匝间出现短路问题的时候，故障表现并不明显，其并不会对发电机正常运行产生过多影响，所以通常会容易忽视其产生的短路问题。可使故障问题的持续发展，匝间短路会导致发电机大轴、轴瓦产生磁化。如果磁化严重要及时实施退磁处理，负序磁场会对转子产生损伤影响，导致转子出现接地、烧毁互换等安全事故，严重威胁机组实际运行的安全性与稳定性。

1产生故障问题的原因

发电机组转子绕组匝间短路故障问题产生的原因有一般有两个层面：

1.1设计方面

发电机转子位置的弧线转弯位置曲率半径比较小，导致外弧翘起，因为离心力的影响，匝间绝缘会被压断导致匝间短路故障的产生。

1.2质量方面

转子端绕组的固定不够牢靠，垫块存在松动的情况。发电机实际运行当中因为铜铁温差导致绕组产生位移，设计上并未使用合理有效的措施。所选择的匝间绝缘材料质量不合格，其中包含金属性的硬刺，有的绕组铜导线实际加工中出现倒角和去毛刺等，实际运行中会因为离心力的影响下降匝道绝缘刺穿，导致匝间短路的故障问题[1]。

端部拐角的整形不合理，局部位置有很多褶皱，属于凹凸不平的状态，匝间的绝缘垫片不正确、存在漏电或者堵孔的情况，这里所说的孔是直接冷却形成的繞组通风孔。绕组导线焊接头与相邻绕组间的连接线焊接位置整形不佳。制造工艺太过粗糙会有工艺性的损伤。转子护环中残存着加工处理后剩下的金属切屑等物质。转子线匝存在未铣封孔匝，或者是风量不合格等导致过热严重的匝间短路故障问题。

2 故障问题类别的划分

转子绕组的匝间短路故障问题依据短路情况是否会伴随转子转动、运行情况等而产生变化，划分成为稳定性的匝间短路故障与动态性的匝间短路问题，一般动态匝间的短路故障比较多。

遵照故障问题的发展过程进行划分，转子绕组匝间短路一般分为萌芽期、发展期与故障时期。

萌芽时期的转子绕组匝间产生最初的异常征兆，整个机组的实际运行并未受到影响，发电机组的振动、机组无功、轴电压以及励磁电流等都满足正常运行的要求，故障问题就是局部位置过热，匝间高阻短路以及存在的污染物等。

发展时期机组实际运营已经表现为异常，匝间短路一般是稳定特征的，这个时候的发电机实际运行中振动幅度较大、无功以及机组励磁会被影响，实际运行的工况限制并未被冲破。

故障时期，绕组匝道绝缘会存在明显的短路征兆，发电机组振动严重超标，励磁电流超出了额定要求，转子高度高等不正常运行的情况[2]，其会对发电机组的稳定、安全运行产生不良影响，导致转子接地等故障问题，这时候相关工作者一定要及时进行停机，对故障问题进行及时处理并全面进行检修。

发电机绕组匝间的短路故障问题诊断，就是要尽量在故障问题的萌芽、发展时期进行精准判断，判断其具体为哪一种短路问题，对故障问题产生的原因进行探析，明确故障问题出现的位置以及严重程度。

3检测办法

3.1 停运状态下的检测办法

发电机组绕组出现匝间短路故障问题，会致使转子励磁回路位置的绕组出现短路，机组实际运行中一般都是转子电流上升、无功功率降低、气隙磁通畸变纸质严重的机组振动，振动变化趋势和励磁电流同时产生，定子饶子电势与电流当中产生谐波成分，转子轴上感应到轴电压等情况。在具体工作当中，发电厂和相关探究部门提出很多种检测匝间短路故障问题的有效措施，其中包含：

3.1.1空载试验办法

对空载状态下的发电机转子励磁电流进行测量，把其和历史测量值进行对比，遵照励磁电流变化情况对转子绕组的匝间短路问题进行判断。如果转子绕阻出现匝间短路的故障问题，空载电流会超出历史数值。在短路匝数很少的时候，空载下的励磁电流增长并不明显，所以，空载试验办法能够对匝间短路故障问题进行参考判断。

3.1.2单开口变压器的检测办法

因为转子饶子中介入交流电以后，转子槽齿会形成交变磁通，所以可以使用一只开口的变压器与槽齿形成闭合磁路，对所有槽上漏磁通产生的感应电压进行测量，遵照线圈感应电视数值与电源电压夹角对转子饶子是否存在匝间短路故障问题进行判断。如果短路位置是在线槽上边，获得的结果会较为明显，短路位置接近槽底或者槽中的时候，开口变压器感应电势的数值会显著降低。相关测试的结果表明个，如果磁性槽楔下的线圈产生匝间短路故障，这样的检测办法并不灵敏[3]。

3.1.3双开口的变压器检验办法

双开口的变压器检验办法，就是针对电磁感应相关原理，把两个开口的变压器安装在转子线圈对应的槽齿上，对变压器进行励磁电源的是家，在槽内线圈存在匝间短路故障的时候，因为一些磁通经由另一个变压器进行闭合，所以会在这个变压器上将电势感应出来，这个时候再对这个变压器感应电势进行测量，如果感应电势比无匝间短路形成成倍增加，就表明转子线圈匝间存在短路故障问题。

3.1.4直流电阻的测量检测办法

基于转子直流电阻的减少对转子匝间的短路问题进行测量，匝间短路故障问题产生的时候，转子绕组直流电阻数值也会减少，所以，基于测量获悉直阻数值是捡地的，这个时候就表明存在匝间短路的故障问题。可是在产生匝间短路故障的匝数并不多时，这样的方式无法对转子绕组匝间短路问题进行精准判断。

3.1.5交流阻抗与损耗试验

对转子不同转速情况下的交流阻抗、功率损耗等进行测量，同时基于相同条件之下的交流阻抗与公路损耗进行对比，甄别转子绕组是否存在匝间短路的故障问题。通常来讲，如果阻抗的下降数值比较多，功率损耗增加快且多就表明存在匝间短路故障。可是遵照实验结果对转子匝间短路问题的判断依据较为模糊。对比来讲，功率损耗会比交流阻抗更为敏感，可是其无法对匝间短路问题进行精准判断。

3.1.6 RSO检测办法

RSO檢测办法源于行波理论，基于双脉冲信号的发射器，想转子两极同步是家前沿陡峭的高频率冲击脉冲波，并且对其对称性进行比较，检验转子绕组匝间是否存在短路问题。常规黄台下，两台相应曲线应该是非常温和的。如果两台曲线的非吻合度达到一定范围，就表明转子绕组匝间存在故障问题。

3.2动态状态下的检测办法

3.2.1线圈探测法

动态检测发电机转子匝间的短路问题时，比较常用的方式就是线圈探测法，基于在发电机气隙当中安装的线圈，对发电机励磁电流形成的漏磁量进行探测与测量。正常状态下所有槽中的漏磁量和槽励磁电流的大小属于正比状态。在转子绕组产生断裂故障的时候，会减少槽漏磁量，线圈探测发遵照漏磁量变化测得数值对匝间短路问题的所在槽进行判断。因为漏磁通量比较小，测量过程中较为困难，发电机带荷运行中产生的影响比较大，线圈探测方式会将严重的波形畸变检测出来，所以，不能对匝道短路问题进行判断。常规做法就是把解列完成的发电机三相出线进行短接，之后实施励磁，当定子绕组电流达到一定程度的时候，基于动态检测装置获得气隙磁场当中转子动态匝间的短路波形。

3.2.2励磁电流与振动变化检测办法

遵照相关文献中的记录，发电机转子产生轻微的短路故障，发电机振动和励磁电流变化属于正相关关系，其也是对转子匝间短路故障问题进行识别的有效方式。转子绕组产生匝间短路故障为题以后，定子气隙当中的电磁场会产生畸变，转子由于被失衡电磁力影响会产生振动，通常励磁电流增加会导致失衡力的增加，转子振动随之增加。可是这样的方式，只能明确发电机转子匝间短路故障问题产生的可能性大，却无法对短路故障位置进行辨别。

4 结语

发动机的实际运行中会产生和无功相关的震动，检修工作中转子交流组会有明显降低，振动去子安和励磁电流曲线对比来讲较为滞后，发电机的空载特性曲线会降低，抽电压随之上升，转子绕组会产生电压偏差，气隙探测的波形幅值会下降，转子电流增加，无功功率会减少等都是导致转子匝间出现短路故障问题的特征，一定要及时进行检验与处理。大型发电机需要安装转子匝道短路故障的探测线圈，有助于对转子绕组匝间短路故障问题的检测和查找。

参考文献

[1]刘攀，赵晓艳，成慧翔，等.发电机转子绕组匝间短路故障诊断研究[J].现代制造技术与装备，2018（11）：109-110.

[2]屠卿瑞，陈桥平，李一泉，等.考虑不同转差的双馈风力发电机短路计算序分量模型[J].广东电力，2018（10）：58-66.

[3]郑海燕，解秀勋，么艳香.基于功率键合图的风力发电系统建模[J].广东电力.2018（09）：77-82.