大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障分析技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流

1、大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障分析技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院：張征平報(bào)告提綱：一 廣東省電廠發(fā)電機(jī)運(yùn)行的基本情況二 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝短故障的分析和檢測(cè)步驟三 轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的匝短故障分析四 轉(zhuǎn)子停運(yùn)后匝短故障的分析五 匝短故障點(diǎn)的定位分析六 各種分析方法的適用性比較七 兩點(diǎn)期望一 廣東省內(nèi)近年來(lái)的發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況概述廣東省內(nèi)的各類發(fā)電企業(yè)有100余家，其中，200MW-400MW的發(fā)電機(jī)有近60余臺(tái)，600MW等級(jí)的發(fā)電機(jī)有30臺(tái)，還有一些已投運(yùn)的、或正在建的1000MW等級(jí)的發(fā)電機(jī)16臺(tái)。根據(jù)2010年4月23日的統(tǒng)計(jì)，到2010年末,廣東省總裝機(jī)容量將達(dá)7206萬(wàn)千瓦，是全國(guó)裝機(jī)容量最大

2、省份。（2010年3月21日統(tǒng)計(jì)，山東省總裝機(jī)容量達(dá)到 6078 萬(wàn)千瓦，居全國(guó)第二）近幾年來(lái)，發(fā)電機(jī)出故障的事件比較多，從300MW的中小型發(fā)電機(jī)，到600MW、1000MW的大型發(fā)電機(jī)，都有各種不同的故障出現(xiàn)，有的故障還是非常特殊的故障現(xiàn)象。這個(gè)情況可能跟這些年來(lái)機(jī)組的負(fù)荷迅猛增長(zhǎng)有關(guān)系，也跟國(guó)內(nèi)前幾年新建發(fā)電機(jī)組數(shù)量的爆發(fā)性增長(zhǎng)有關(guān)系，還跟發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家的制造工藝有關(guān)。這些故障分布在發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子、以及發(fā)電機(jī)外圍附屬設(shè)備等各個(gè)方面。不論是在定子線棒、繞組端部，還是在定子鐵心，或是在轉(zhuǎn)子繞組方面，我們都積累了比較豐富的故障分析方面的經(jīng)驗(yàn)。限于時(shí)間關(guān)系，我們這里先就轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障分析

3、方面的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)跟大家做一個(gè)交流。為了敘述簡(jiǎn)便，文中將“匝間短路”簡(jiǎn)稱為“匝短”。廣東省近幾年來(lái)，大型發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的一個(gè)很顯著的特征，就是轉(zhuǎn)子匝短故障頻頻發(fā)生。從2007年至今，已有9臺(tái)大型發(fā)電機(jī)先后出現(xiàn)了匝短故障，其中有7臺(tái)是600MW等級(jí)以上的大型發(fā)電機(jī)，兩臺(tái)是400MW等級(jí)的發(fā)電機(jī)。尤其是在2009年，一年之內(nèi)就發(fā)生了3起；在2010年，一年之內(nèi)就發(fā)生了5起，這在以往是從來(lái)沒有過的。這些大型發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子匝短故障，給發(fā)電廠的電力生產(chǎn)帶來(lái)了很大的壓力，嚴(yán)重影響了發(fā)電任務(wù)的順利完成，也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。二 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝短故障的分析和檢測(cè)步驟在轉(zhuǎn)子匝短故障分析、診斷和處理的過程中，一般都

4、需要經(jīng)過以下幾個(gè)過程：1 轉(zhuǎn)子運(yùn)行中出現(xiàn)異常振動(dòng)，需要通過異常振動(dòng)現(xiàn)象來(lái)分析轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝短故障；2 轉(zhuǎn)子停運(yùn)后，要對(duì)仍在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行有關(guān)的電氣試驗(yàn)，以判斷是否存在匝短故障；3 將轉(zhuǎn)子抽出來(lái)放置于發(fā)電機(jī)定子膛外后，可對(duì)匝短故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析；4 對(duì)確實(shí)存在匝短故障的轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行返廠解體處理，找出故障點(diǎn)，并進(jìn)行故障發(fā)生原因分析，以便有針對(duì)性地進(jìn)行處理。三 轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的匝短故障分析正常運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子的振動(dòng)水平一般保持在較低的振動(dòng)水平（GB7064-2008隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求中，要求不大于80m）。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常振動(dòng)后，首先要對(duì)引起轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)的原因進(jìn)行分析。總的說來(lái)，不

5、外乎兩類因素，即非電氣因素和電氣因素兩大類。非電氣因素造成的轉(zhuǎn)子振動(dòng)屬于汽機(jī)專業(yè)的范疇，這里不予討論，而造成轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)的電氣因素通常就是轉(zhuǎn)子匝短故障。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)匝短故障后，定子氣隙中的電磁場(chǎng)發(fā)生畸變，轉(zhuǎn)子因受到了不平衡電磁力而發(fā)生振動(dòng)，且一般隨著勵(lì)磁電流的增大，不平衡力加劇，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)也相應(yīng)的增大。因此，其典型特征是：轉(zhuǎn)子的振動(dòng)與勵(lì)磁電流之間存在著明顯的正相關(guān)性。根據(jù)這一特征，就可以對(duì)運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障得到一個(gè)比較明確的結(jié)論。換句話說，當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)異常增大，且與勵(lì)磁電流之間存在著比較明顯的正相關(guān)性關(guān)系時(shí)，就應(yīng)當(dāng)懷疑轉(zhuǎn)子內(nèi)部可能出現(xiàn)了匝短故障。 圖1 正常發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)曲線與勵(lì)磁

6、電流之間的關(guān)系 圖2 存在匝短故障的轉(zhuǎn)子的振動(dòng)曲線與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系（HY電廠） 圖3 存在匝短故障的轉(zhuǎn)子的振動(dòng)曲線與負(fù)荷之間的關(guān)系（SW電廠）四 轉(zhuǎn)子停運(yùn)后（仍在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)）匝短故障的分析雖然我們可以通過上述轉(zhuǎn)子的振動(dòng)曲線與勵(lì)磁電流之間的相關(guān)性來(lái)分析轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障，但畢竟還沒有針對(duì)轉(zhuǎn)子繞組做過任何的電氣試驗(yàn)進(jìn)行檢查，因此，還缺少最直接的判斷依據(jù)。機(jī)組解列后，當(dāng)轉(zhuǎn)子仍在發(fā)電機(jī)膛內(nèi)時(shí)，可以進(jìn)行以下電氣試驗(yàn)來(lái)判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障。1 空載試驗(yàn)；2 直流電阻測(cè)量；3 交流阻抗和損耗試驗(yàn)；4 兩極電壓平衡試驗(yàn)；5 RSO（Repetitive Surge Oscilloscope）試驗(yàn)

7、；6 轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn)；7 三相短路狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)匝間短波形試驗(yàn)。下面我們對(duì)于上述各種試驗(yàn)方法的特點(diǎn)做一個(gè)簡(jiǎn)要的分析。1空載試驗(yàn)這種方法是通過測(cè)量空載狀態(tài)下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，將其與歷史值進(jìn)行比較，分析其變化的程度來(lái)判斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝短故障。存在匝短故障的轉(zhuǎn)子繞組，其空載電流將比歷史值要有所增大。不過，當(dāng)短路匝數(shù)較少時(shí)，空載下勵(lì)磁電流的增長(zhǎng)不會(huì)很明顯，因此，空載試驗(yàn)只能作為判斷匝短故障的一種參考。2直流電阻測(cè)量法它是通過測(cè)量轉(zhuǎn)子直流電阻的降低來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子匝短故障。理論上，當(dāng)出現(xiàn)匝短故障時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻值當(dāng)然會(huì)變小。因此，通過測(cè)量其直阻值的下降，可以判斷轉(zhuǎn)子存在匝短故障。但是，當(dāng)發(fā)生

8、匝短的匝數(shù)很少時(shí)（例如只在兩匝之間發(fā)生了匝短，那么轉(zhuǎn)子直阻下降很小，而且這種下降量的變化可能比直阻測(cè)量?jī)x器的測(cè)量誤差還要小，因此，就很難準(zhǔn)確地判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障。不過，當(dāng)短路的匝數(shù)較多時(shí)，這種測(cè)量直阻的方法還是十分簡(jiǎn)單有效的。例如HL電廠的2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子曾經(jīng)有五處發(fā)生了匝短故障，其直阻下降了7.1%，很顯然，該轉(zhuǎn)子存在匝短故障。3交流阻抗和損耗試驗(yàn)判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障最常用的一種方法，就是測(cè)量轉(zhuǎn)子的交流阻抗和功率損耗。由于有現(xiàn)成的儀器進(jìn)行測(cè)量，且操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單，無(wú)論轉(zhuǎn)子在發(fā)電機(jī)膛內(nèi)或是膛外，均可方便地進(jìn)行測(cè)量。因此，這種方法在轉(zhuǎn)子匝短故障的檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。不過，從現(xiàn)有的試驗(yàn)

9、標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果來(lái)判斷轉(zhuǎn)子有無(wú)匝短故障的判據(jù)比較模糊。在GB/T50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，只是規(guī)定了試驗(yàn)時(shí)的轉(zhuǎn)子狀態(tài)以及試驗(yàn)時(shí)所施加的試驗(yàn)電壓值；在DL/T596-2005電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中，除上述規(guī)定外，要求“阻抗和功率損耗值自行規(guī)定，在相同試驗(yàn)條件下與歷年數(shù)值比較，不應(yīng)有顯著變化”。那么，如何自行規(guī)定才是正確的？變化到什么程度才叫“顯著變化”？都沒有一個(gè)具體的說明，因此，這就讓操作者難以把握了。在JB/T8446-2005隱極式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路測(cè)定方法中，也沒有對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下轉(zhuǎn)子的交流阻抗及功率損耗值的允許變化量做出一個(gè)具體規(guī)定。由于這些

10、原因，在轉(zhuǎn)子匝短故障診斷中就造成了這樣一種奇怪的局面：一方面，交流阻抗和損耗試驗(yàn)方法應(yīng)用得非常普遍，另一方面，卻很少直接采用它作為一種有力的判據(jù)來(lái)判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，交流阻抗和功率損耗這兩個(gè)參數(shù)在診斷轉(zhuǎn)子匝短故障時(shí)，相比較而言，功率損耗要比交流阻抗敏感得多。對(duì)于轉(zhuǎn)子的交流阻抗來(lái)說，其阻抗下降10%的變化，往往并不能說明轉(zhuǎn)子繞組存在匝短故障。但功率損耗值上升10%左右以上的變化，往往說明轉(zhuǎn)子繞組很可能已存在匝短故障。不過，這里不包含交接時(shí)的采用松打槽楔工藝的新轉(zhuǎn)子在首次超速前后的阻抗和損耗值的變化。因?yàn)椴捎盟纱虿坌üに嚨男罗D(zhuǎn)子在首次超速試驗(yàn)后，由于槽楔松緊度的顯著變化，往往會(huì)

11、造成轉(zhuǎn)子交流阻抗和損耗值的較大變化。4兩極電壓平衡試驗(yàn)在判斷轉(zhuǎn)子匝短故障時(shí)，兩極電壓平衡法也是經(jīng)常用到的一種診斷方法。其原理是通過測(cè)量?jī)蓸O繞組上的電壓降，比較兩者之間的電壓差異。當(dāng)這種差異小于某個(gè)限定值時(shí)（根據(jù)JB/T8446-2005隱極式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路測(cè)定方法中的規(guī)定，“兩極線圈間的電壓差不得大于最大值的3%”），可認(rèn)為轉(zhuǎn)子不存在匝短故障，而當(dāng)這種差異超過該限定值時(shí)，則判斷轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了匝短故障。通常情況下，這種方法還是比較準(zhǔn)確的，但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)誤判。例如，在做JW電廠4#發(fā)電機(jī)（600MW）轉(zhuǎn)子的兩極電壓平衡試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)多次核證，均發(fā)現(xiàn)兩極之間的電壓差超過5V，該值已超過上述JB/T8

12、446-2005中的限定值，但后來(lái)確認(rèn)該轉(zhuǎn)子并沒有發(fā)生匝短故障。而HL電廠2#發(fā)電機(jī)（600MW）轉(zhuǎn)子，動(dòng)態(tài)匝間短路波形試驗(yàn)已證明該轉(zhuǎn)子至少有5處發(fā)生了匝短故障，而在兩極電壓平衡試驗(yàn)中，測(cè)量其兩極電壓之間的電壓差，卻只有4.2V。因此，兩極電壓平衡試驗(yàn)也有其局限性。另外，如果發(fā)生某種特例，例如兩極繞組各自都存在匝短故障點(diǎn)，且故障點(diǎn)恰好處于對(duì)稱的位置，此時(shí)，兩極電壓平衡試驗(yàn)就無(wú)法檢測(cè)出來(lái)了。5重復(fù)脈沖波形（RSO）法RSO方法目前在檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障中有了越來(lái)越多的應(yīng)用。無(wú)論當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子膛內(nèi)還是在定子膛外時(shí)，都可對(duì)轉(zhuǎn)子施以RSO方法進(jìn)行轉(zhuǎn)子匝短故障的檢測(cè)。RSO方法基于轉(zhuǎn)子繞組的對(duì)稱結(jié)構(gòu)

13、，分別從轉(zhuǎn)子的正、負(fù)兩極向轉(zhuǎn)子注入高頻脈沖信號(hào)，將高頻脈沖的響應(yīng)波形進(jìn)行180度的換相重疊，通過比較對(duì)稱性，驗(yàn)證轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路。正常情況下，兩條響應(yīng)曲線應(yīng)當(dāng)十分吻合。當(dāng)兩條曲線非吻合度達(dá)到一定的程度時(shí)，即判斷轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障。這種檢測(cè)方法比較方便，不過有時(shí)也有誤判的報(bào)道。另外，它也存在著暫時(shí)沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為判斷依據(jù)、有時(shí)需要依據(jù)操作者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障點(diǎn)定位等缺陷。不過，在進(jìn)行轉(zhuǎn)子匝短故障檢測(cè)時(shí)，這并不妨礙將其作為一種有益的參考判據(jù)。圖4是應(yīng)用RSO方法檢測(cè)ZH電廠2#發(fā)電機(jī)（700MW）轉(zhuǎn)子匝間短路故障時(shí)的測(cè)量波形。從圖4中可見，黃色、藍(lán)色兩條曲線在紅色圓周的中部明顯不相吻合，差異

14、顯著。分析認(rèn)為“該轉(zhuǎn)子在3#線圈上存在一匝金屬性短路”，該結(jié)論與轉(zhuǎn)子解體后的檢查結(jié)果是一致的。不過，該結(jié)論中并未指明是轉(zhuǎn)子的哪一極繞組的3#槽線圈、以及3#槽線圈中具體哪兩匝之間發(fā)生了匝短故障。另外，其判斷3#槽的依據(jù)也欠明確。圖4 存在匝短故障的轉(zhuǎn)子的RSO檢測(cè)波形（ZH電廠）6. 轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn)廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院近年來(lái)開創(chuàng)性地提出了一種簡(jiǎn)單易行、準(zhǔn)確可靠的轉(zhuǎn)子匝間短路診斷方法，并稱之為“轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn)”。采用這一方法，只需要用一塊普通的萬(wàn)用表，即可準(zhǔn)確地檢測(cè)出轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障，甚至準(zhǔn)確地檢測(cè)出具體是在哪兩匝之間發(fā)生了匝間短路故障。為了便于說明，這里先給出轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)內(nèi)側(cè)

15、的轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)實(shí)況圖，如圖5所示。圖5 轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)在圖5中所看到的是轉(zhuǎn)子繞組在護(hù)環(huán)內(nèi)側(cè)的兩極繞組各槽線圈的底匝線棒，不同類型的發(fā)電機(jī)，該部位的結(jié)構(gòu)會(huì)有所不同?？臻g大的，測(cè)量起來(lái)會(huì)比較容易，空間狹窄的，測(cè)量起來(lái)就會(huì)困難一些。不過，一般說來(lái)，都能夠?qū)嵤┺D(zhuǎn)子繞組的電壓分布試驗(yàn)。轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn)的具體做法，是在靜止的滑環(huán)上施加較低的安全電壓（例如50V左右的交流電壓，便于使用萬(wàn)用表讀數(shù)即可），然后測(cè)量各個(gè)底匝的電壓，進(jìn)而可以計(jì)算出相鄰兩底匝之間的電壓差。無(wú)匝短故障的轉(zhuǎn)子，其兩極繞組的各個(gè)相對(duì)應(yīng)部位的電壓或電壓差都具有良好的對(duì)稱性。但是當(dāng)出現(xiàn)匝短故障時(shí)，原有的對(duì)稱性被破壞，各個(gè)部位的

16、電壓值都會(huì)發(fā)生變化。但對(duì)于兩槽線圈底匝之間的電壓差而言，如果不存在匝短故障，則電壓差值基本不變，如果存在匝短故障，則電壓差值就會(huì)發(fā)生顯著的變化。圖6中，工作人員正在該部位測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組的電壓分布數(shù)據(jù)。圖6正在測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組的分布電壓需要進(jìn)一步指出的是，由于轉(zhuǎn)子繞組繞制方向的特殊性，正常情況下，兩相鄰底匝之間的電壓差有兩種情形。一種是差值幾乎為零，因?yàn)閮蓚€(gè)底匝之間其實(shí)只相差了一匝線圈，因此電壓差很??；另一種情形則是電壓差約兩倍于單槽線圈所承受的電壓，這是因?yàn)閮傻自阎g包含了兩個(gè)槽的線圈。ZH電廠2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)匝短故障后，對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)子繞組分布電壓試驗(yàn)，施加交流電壓48.6V，各個(gè)線圈底匝線棒的電壓

17、測(cè)量結(jié)果如表1所示。表1：各個(gè)線圈底匝線棒的電壓分布 （試驗(yàn)電壓：48.6V）極1（外滑環(huán)）極2（內(nèi)滑環(huán)）線圈編號(hào)電壓值（V）電壓差（V）線圈編號(hào)電壓值（V）電壓差（V）10.11-148.20-24.90U21=4.79243.10U21=5.1035.46U32=0.56342.50U32=0.6048.76U43=3.30436.96U43=5.5459.36U54=0.60536.31U54=0.65615.48U65=6.12630.10U65=6.21716.15U76=0.67729.42U76=0.68822.44U87=6.29823.10U87=6.32注：表中的Uij表示

18、Uj與Ui之間的電壓差的絕對(duì)值，即Uij=Ui-Uj比較表1中極1和極2相同位置的電壓差，除極1中4#與3#線圈底匝線棒的電壓差U43的值突然下降、出現(xiàn)明顯異常外，其它各點(diǎn)的電壓差都十分接近，具有良好的對(duì)稱性。極1中U43的異常下降說明在極1繞組的3#或4#線圈內(nèi)，存在匝間短路故障。由于部分匝數(shù)被短路掉，造成3#或4#線圈的阻抗下降，從而引起U43的異常下降。由于U43同時(shí)包含了3#線圈和4#線圈的電壓降，因此還無(wú)法確定匝間短路點(diǎn)具體是在3#線圈還是在4#線圈上。為便于更直觀地看出極1繞組上U43的異常變化，可以將表1中極1和極2的電壓差數(shù)據(jù)以曲線的形式繪出，如圖7所示。從圖7中可以看到，除極

19、1的U43發(fā)生異常下降外，曲線的其它部分都具有很好的一致性。 圖7極1和極2的各線圈底匝電壓差對(duì)比曲線圖（試驗(yàn)電壓：48.6V）雖然底匝線棒之間的電壓差測(cè)量起來(lái)很方便，結(jié)果也很清晰，但其缺陷在于不能確定匝間短路具體存在于哪一個(gè)線圈上。為了解決這個(gè)問題，需要進(jìn)一步測(cè)量這兩個(gè)線圈各匝線棒的電壓分布。值得指出的是，從圖5和圖6中護(hù)環(huán)內(nèi)側(cè)的轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)圖可見，由于每槽線圈之間有足夠的間隙，那么就可以通過探針測(cè)量的方式，將探針伸入間隙內(nèi)，逐匝逐匝地測(cè)量出3#線圈和4#線圈上各匝的電壓，通過各匝電壓的變化情況，就可以準(zhǔn)確地知道具體是在哪個(gè)線圈的哪兩匝線棒之間存在匝間短路故障了。要測(cè)量線圈內(nèi)部各匝線棒的電壓

20、，可以對(duì)轉(zhuǎn)子繞組施加交流電壓，也可施加直流電流進(jìn)行測(cè)量。上述ZH電廠2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝短故障案例中，就是施加了直流電流進(jìn)行試驗(yàn)?？紤]到極1和極2繞組的對(duì)稱性，為便于比較，對(duì)極1繞組和極2繞組各自的3#線圈都進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如表2所示。表2 極1和極2繞組的3#線圈各匝線棒的直流電壓分布 （試驗(yàn)電流：直流58.9A）極1繞組的3#線圈引線1（左側(cè)上方測(cè)量）極2繞組的3#線圈引線2（右側(cè)下方測(cè)量）匝編號(hào)電壓值（V）電壓差（V）線圈編號(hào)電壓值（V）電壓差（V）10.239-1-0.608-20.218U12=0.0212-0.579U12=0.02930.197U23=0.0213-0.551U2

21、3=0.02840.174U34=0.0234-0.526U34=0.02550.171U45=0.0035-0.502U45=0.02460.149U56=0.0226-0.480U56=0.022線圈的總壓降（V）0.090線圈的總壓降（V）0.128兩個(gè)線圈上總壓降的差值（V）0.038從表2中可見，極1的U45=0.003V是最小值，遠(yuǎn)低于其它匝間電壓。很明顯，極1繞組3#線圈的4#5#匝線棒之間發(fā)生了匝短故障。若用圖形方式來(lái)看上述數(shù)據(jù)的變化情況，就會(huì)更明顯。先將極1和極2繞組各自3#線圈的各匝電壓數(shù)據(jù)繪出，其圖形如圖8所示。圖8 極1和極2繞組各自的3#線圈各匝電壓曲線圖從圖8中的曲

22、線變化趨勢(shì)來(lái)看，其反映匝短故障的特征不明顯?，F(xiàn)在把相鄰兩匝之間的電壓差變化情況繪出來(lái)，效果就完全不同，如圖9所示。圖9 極1和極2繞組各自的3#線圈相鄰兩匝電壓差曲線圖從圖9可以非常明顯發(fā)現(xiàn)，U45即4#5#匝之間的電壓驟降，因此，匝短故障就發(fā)生在這兩匝之間。至此，采用轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn)方法，就簡(jiǎn)單易行但卻準(zhǔn)確、可靠地診斷了轉(zhuǎn)子匝短故障的存在，并且可以將故障部位準(zhǔn)確地定位到具體的某槽線圈中的某兩匝之間。7三相短路狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)匝間短路波形試驗(yàn)動(dòng)態(tài)匝間短路波形試驗(yàn)是判斷轉(zhuǎn)子有無(wú)匝間短路的最重要的一項(xiàng)試驗(yàn)。JB/T8446-2005隱極式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路測(cè)定方法中6.3條就明確規(guī)定，“當(dāng)阻抗

23、法與波形法測(cè)量結(jié)果有矛盾時(shí)，以波形法為準(zhǔn)”。只有當(dāng)轉(zhuǎn)子還處于運(yùn)行工況下的發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)，且定子氣隙內(nèi)安裝有氣隙磁場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)裝置的發(fā)電機(jī)，才能進(jìn)行波形法試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)表明，在發(fā)電機(jī)帶實(shí)際負(fù)荷運(yùn)行的工況下進(jìn)行在線波形法監(jiān)測(cè)，則可能由于受到各種因素的影響，其檢測(cè)到的波形畸變較嚴(yán)重，因此往往不便用于匝間短路故障的診斷。通常的做法是，將解列后的發(fā)電機(jī)三相出線短接起來(lái)，然后進(jìn)行勵(lì)磁，使定子繞組中的電流升至一定程度時(shí)，通過在線監(jiān)測(cè)裝置，獲取氣隙磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)匝間短路波形。無(wú)匝短故障的轉(zhuǎn)子，其動(dòng)態(tài)匝間短路波形一般如圖10所示。圖10無(wú)匝短故障轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)匝間短路波形從圖10可以看出，對(duì)于無(wú)匝短故障的轉(zhuǎn)子，其動(dòng)態(tài)匝

24、間短路波形中，各個(gè)波頭的包絡(luò)總體分布呈下凹的圓弧狀，各個(gè)波頭之間的排列比較有序，并且具有對(duì)稱性。而存在匝短故障的轉(zhuǎn)子，上述包絡(luò)特征將發(fā)生畸變。圖11是HL電廠1#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的發(fā)生匝短故障后監(jiān)測(cè)到的動(dòng)態(tài)匝間短路波形。從圖11可見，與3#線圈和4#線圈相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)波頭均異常下陷，表明在這兩個(gè)線圈上存在著匝短故障。解體后的檢查結(jié)果表明，3#和4#線圈上各有一處發(fā)生了匝間短路故障。圖11 HL電廠1#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)匝間短路波形圖12是匝短故障點(diǎn)的分布示意圖。其中，解體后的3#線圈上的匝短故障點(diǎn)（圖12中的B點(diǎn)）匝間絕緣損壞情況如圖13所示。 圖12 轉(zhuǎn)子匝間短路故障點(diǎn)分布示意圖 圖13 3#線圈匝短

25、處的匝間絕緣紙板燒損實(shí)況圖五 轉(zhuǎn)子抽出來(lái)置于發(fā)電機(jī)定子膛外后，匝短故障點(diǎn)的定位分析轉(zhuǎn)子抽出來(lái)置于發(fā)電機(jī)定子膛外的檢修現(xiàn)場(chǎng)后，除了可以施行前面所講的直流電阻測(cè)量、交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)、兩極電壓平衡試驗(yàn)、RSO試驗(yàn)、轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn)外，還可以進(jìn)行一項(xiàng)很有意義的試驗(yàn)，那就是對(duì)轉(zhuǎn)子匝短故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析。有人可能會(huì)納悶：反正要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行解體處理了，解體后不就什么都清楚了，還要對(duì)匝短故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析有意義嗎？的確，很多時(shí)候其意義并不是很大。實(shí)際上，以前對(duì)于轉(zhuǎn)子匝短故障的診斷，往往就僅限于定性地判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障即可，然后就是返廠解體后進(jìn)行處理，而不像現(xiàn)在這樣還要進(jìn)一步對(duì)匝短故障點(diǎn)的具體部位

26、進(jìn)行定位分析。不過，在某些情況下，如果事先能確定故障點(diǎn)的具體部位，就有可能以很小的成本處理好匝短故障，從而節(jié)省大量的人力、物力和財(cái)力，挽回巨大的經(jīng)濟(jì)損失。另外，匝短故障發(fā)生在轉(zhuǎn)子的不同部位，其處理方案和處理成本就可能會(huì)有很大的差異。如果能事先確定故障點(diǎn)的部位，就可以使電廠能科學(xué)合理地、有針對(duì)性地制定后續(xù)的工作方案。例如，ZH電廠的2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，由于其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的特殊性，如果匝短點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子勵(lì)端，那么處理起來(lái)就是一個(gè)“小手術(shù)”，如果處于轉(zhuǎn)子汽端，那么處理起來(lái)就會(huì)是一個(gè)“大手術(shù)”，其解體工序、所需備件等都會(huì)相當(dāng)麻煩，整個(gè)處理工期幾乎兩倍于匝短點(diǎn)位于勵(lì)端的情形。此時(shí)，事先掌握其匝短點(diǎn)的具體位置就顯得尤

27、為重要。當(dāng)轉(zhuǎn)子抽出來(lái)置于發(fā)電機(jī)檢修現(xiàn)場(chǎng)后，就可以方便地對(duì)匝短點(diǎn)的部位進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。為了能準(zhǔn)確定位匝短故障點(diǎn)，需要利用兩極繞組的對(duì)稱性，并對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行直流試驗(yàn)。以ZH電廠的2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為例，已知其極1繞組的3#槽線圈存在匝短故障。通過轉(zhuǎn)子的兩個(gè)滑環(huán)注入一恒定的直流電流（I=59.4A），極1的3#線圈和極2的3#線圈的直流分布如圖14所示。 圖14 極1和極2繞組的3#線圈在相同電氣部位的直流電壓分布圖14中，“O1”和“O2”分別是極1和極2的3#線圈電壓測(cè)量參考點(diǎn)。對(duì)于極1的3#線圈，電流是從左側(cè)的6#匝流入的，而對(duì)于極2的3#線圈，電流則正好相反，它是從右側(cè)的6#匝流出的。因此，在正

28、常情況下，相對(duì)于各自的電壓參考點(diǎn)而言，兩者在相對(duì)稱的部位，應(yīng)具有絕對(duì)值相同、但符號(hào)相反的電壓分布關(guān)系。圖14中的左圖，電流經(jīng)過左側(cè)的6#匝到達(dá)右側(cè)的槽口（此段線棒長(zhǎng)度約為14m），在槽口處測(cè)量的電壓值為24.2mV（忽略符號(hào)），該點(diǎn)電壓與右圖極2的3#線圈在對(duì)稱槽口部位的電壓值24.3mV非常接近，并無(wú)明顯差異，因此，可以認(rèn)為極1的3#線圈在電流流經(jīng)的上述部位，不存在匝短故障點(diǎn)。再比較左圖中的A1與右圖的A2兩點(diǎn)的電壓，分別為24.4mV和24.7mV，兩者之間開始明顯出現(xiàn)差異。再比較B1、C1與B2、C2點(diǎn)的電壓值，可見電壓差異進(jìn)一步增大，其中C1與C2兩點(diǎn)之間的電壓差達(dá)到1mV。從槽口出來(lái)至A1點(diǎn)的長(zhǎng)度僅約為0.3m，但在A1與A2兩點(diǎn)之間形成的電壓差異（0.3mV）已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流流經(jīng)14m后在槽口產(chǎn)生的電壓差異（0.1mV），因此可以推斷，匝短故障點(diǎn)就在勵(lì)側(cè)護(hù)環(huán)下方極1繞組3#線圈的槽口以外至A1點(diǎn)之間短短28cm長(zhǎng)線棒的某個(gè)部位。為了更精確地定位到匝短故