水轮发电机转子匝间短路的判断分析
浅谈发电机转子绕组匝间短路故障诊断
浅谈发电机转子绕组匝间短路故障诊断摘要：发电机作为电能生产的主要设备，对整个电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。
发电机转子绕组匝间短路是一种常见的发电机电气故障，对发电机进行监测，提前发现转子匝间短路故障，可以防止发电机转子一点和两点接地，避免事故的进一步扩大，从而保护发电机设备。
基于此，本文介绍了发电机转子绕组匝间短路故障的研究现状、危害、分类和原因，并探讨了一些常用的诊断方法，仅供参考。
关键词：发电机；转子绕组；匝间短路；故障诊断引言转子绕组匝间短路是发电机的一种常见电气故障。
轻微的匝间短路故障机组仍可继续运行，一旦故障恶化，会导致转子一点甚至两点接地等恶性故障的发生，使得被迫停机检修，造成巨大经济损失。
如果在匝间短路故障发生初期能够及时做出预报，不仅可以避免恶性事故带来的经济损失，还有利于机组安排检修，提高故障处理效率。
因此，发电机转子绕组匝间短路故障的早期检测预报十分必要。
一、发电机转子绕组匝间短路故障的研究现状与危害（一）发电机转子绕组匝间短路故障的研究现状关于发电机转子绕组匝间短路故障的研究，目前主要分为两个方向，即离线和在线，而且提出了很多解决的方法，其中在线监测的方式越来越被学者看重，故目前发电机转子绕组匝间短路故障研究的方向开始偏重在线监测。
（二）发电机转子绕组匝间短路的故障危害若发电机的短路故障无法准确灵敏的检测出来，会给发电机带来巨大的损坏，主要危害可分为两点：第一，由于短路时会在一点产生大量的热，烧坏绝缘层而导致线路接地，若过热点在线棒，还会变形甚至融化。
若这个时候没有处理，故障会进一步恶化，比如由于过热导致护环破坏或者发生主轴承磁化等严重后果，更严重的会将转子损坏；第二，当出现短路问题时，会使绕组温度升高，机组无用功功率输出降低，同时励磁电流产生变大的情况。
若是一个磁极匝间发生短路时，会导致电力系统输出质量降低，烧损轴瓦、轴径，而短路故障会使旋转磁场平衡遭到毁坏，导致发电机磁场平衡，发电机组产生剧烈的震动，导致其他保护部件的损伤。
发电机转子匝间短路判断及预防措施
发电机转子匝间短路判断及预防措施摘要：发电机转子发生匝间短路，严重时将影响发电机的安全运行，本文以一台300MW汽轮发电机匝间短路故障为例，综合应用转子交流阻抗、重复脉冲法分析和判断转子绕组存在动态匝间短路故障。
关键词：发电机转子匝间短路0 引言近年来，我国电力工业持续快速发展，高参数、大容量发电机机组投产越来越多。
在大型发电机高速旋转状态下，转子绕组将承受较大的离心力和热应力。
由于转子结构复杂、匝间绝缘薄弱，再加上设计、工艺和制造过程中的问题，以及运行中电磁、机械、热力等的综合作用，使得转子绕组发生移动、摩擦、绝缘下降，从而造成匝间短路。
1 发电机转子匝间短路的危害在发电机转子匝间短路初期，故障表现不明显，对发电机的正常运行影响较小，故一般较容易忽视发电机转子匝间短路问题。
当匝间短路严重时将使转子电流显著增大，绕组温度升高，限制了发电机无功功率的输出，有时还会引起机组机组振动加剧，甚至烧坏发电机。
因此发生上述现象时，必须通过试验判断是否发生匝间短路并予以消除，使发电机恢复正常运行。
2 故障经过某电厂发电机额定功率300MW，空载励磁电流824A。
事件发生前，该机组冲转正常，发电机以90%额定机端电压正常启励，起励后机端电压18.1kV，励磁电流815A，较前两次启动时励磁电流增加约100A左右。
同时，发电机#5瓦X方向轴振由22.8μm上升至87μm，#6瓦由34.3μm上升至87μm。
发现异常后，操作员立即断开灭磁开关，#5、#6瓦振动逐步降至起励前正常值。
为验证振动与励磁电流关系，再次以20%初始电压启励，过程中发现发电机振动随着励磁电流的增加而变大，励磁电流在相同机端电压下也较以前大，并且最大值超过额定励磁电流，初步怀疑转子存在匝间短路故障。
3 进一步检查情况事故发生后，对发电机转子在3000转/分情况下进行了交流阻抗测试。
与历年数据趋势图如下：图一 3000转速下交流阻抗历年变化趋势图从图一可见，发电机在3000转/分的转速下转子交流阻抗变化明显，且呈下降趋势。
水电厂发电机转子磁极线圈匝间短路判断与分析
水电厂发电机转子磁极线圈匝间短路判断与分析总结出以下内容：首先，如果磁极线圈匝间出现了短路情况，与之相邻的两个磁极也会发生变化，尤其是阻抗值变化最为明显；其次，如果是单个磁极线圈，其自身存在的交流阻抗值在未受到任何外部环境因素的情况下，应该高于所有磁极的平均值；最后，在进行判断试验时，检修人员应该将全部与单个交流阻抗值进行分别的记录，以便后期能够进行更确切的分析。
1.3 磁阻对测量数据的影响直流电阻的测量与磁极所处位置关系不大，但交流阻抗和功率损耗除与温度、动静态有关外，还和磁极所处位置有关即与磁路有关。
其数据异常时有可能是线圈匝间短路，也有可能是磁路异常所致。
某转子在机坑内，正常磁极直流电阻为2990μΩ。
交流阻抗为1.32Ω。
一故障磁极直流电阻为2970μΩ，交流阻抗为1.4Ω。
吊出故障磁极检查后发现无匝间短路现象，后经重新打紧磁极键后，数据恢复正常。
2 转子磁极线圈匝间短路故障的检查以及处理在转子磁极线圈装配时，要求相关技术人员对装配工作人员进行现场培训，使工作人员了解线圈的结构、装配时应注意的事项、采用什么样的工具器械、紧固螺杆使用多大的力矩，等等。
从而提高转子磁极线圈的制造及装配质量，防止类似事故的再次发生。
通常情况下，转子磁极线圈匝间正常运行过程中，因为并没有承受非常高的电压，也就不会出现过电压的情况，因此不会影响其绝缘性，所以匝间短路的情况很少见。
所以检修人员在进行检查时，如果已经十分确定就是由于匝间绝缘而引起，在处理故障之后，还需要对转子磁极线圈匝间进行仔细清扫，尤其缝隙部分，将存在的杂物都要清理干净。
如果检查人员不能凭借自己的肉眼找出故障位置，就需要按照磁极线圈大小，应用低压大电流的手段来进行检查，如果是由于转子磁极线圈匝间短路，则故障位置会在短时间内就会出现发热的情况，以此明确故障位置。
磁极做好试验检查之后，必须进行防护，以此防止出现第二次污染。
检修人员需要按照国家规定的绕组试验项目以及相关标准对转子绝缘、绕组进行检查，以此确定两者是否处于良好的状态。
发电机转子非金属性匝间短路的早期判断与分析
发电机转子非金属性匝间短路的早期判断与分析【摘要】针对发电机转子故障，RSO试验能快速有效的进行初步判断；在转子故障的确诊过程中，试验人员采用了常规的交流阻抗、极平衡等试验方法；同时，根据发电机转子结构，电厂检修人员将电压分布和红外测温的技术相结合，对发电机转子故障进行了定性判断。
【关键词】RSO；交流阻抗；极平衡；匝间短路1.情况简介珠海发电厂2号发电机转子于2009年12月被检查出3号线圈出现金属性匝间短路的故障，后送上海电机厂修理，修后发电机转子于2010年2月送回我厂，RSO、交流阻抗和极平衡等交接试验数据都在标准合格范围内。
2011年1月，2号机停机进行检修，试验人员在对发电机转子进行常规性试验时，发现多项试验的数据再次超标，经过反复试验和多方验证，结合红外热成像技术，确定了转子8号线圈出现非金属性匝间短路。
最后，上海电机厂技术人员在现场对转子进行了拔护环，发现故障点与试验分析的结果一致，并在现场对故障点进行了处理。
2.RSO试验停机后第3天，检修人员按计划安排了转子在停盘车状态下的重复脉冲RSO 试验。
RSO试验波形如图1示，波形存在明显的不重合的地方，试验人员分析波形后，认为转子极2的#7线圈与#8线圈的过桥线偏#8线圈处可能存在大量油污或接近金属性的绝缘损坏故障。
为了进一步确认转子的故障类型，便于制定检修策略，试验人员对转子进行了一系列的电气试验。
3.转子膛内电气试验检查在打开励端上端盖后，广东电科院和电厂试验人员进行转子交流阻抗与功率损耗试验、转子极平衡试验、线圈电压分布试验等检查。
3.1 转子交流阻抗及损耗试验打开励端端盖后，试验人员立刻进行了交流阻抗和损耗试验的测量，结果如表1：试验分析：从交流阻抗和损耗试验看，对比2010年修复后数据，交流阻抗降低2.99%，损耗偏差2.88%，变化不明显，《电力设备预防性试验规程》及西屋公司(珠海电厂发电机为西屋公司产品)没有给出具体标准，暂无法通过交流阻抗的数据来对转子的故障情况进行准确的判断。
发电机转子匝间短路故障分析与诊断
发电机转子匝间短路故障分析与诊断发布时间：2021-06-25T02:55:40.638Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第6期作者：徐东东[导读] 发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个电网的崩溃，发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈，线圈引线以及阻尼绕组等部分组成，发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将受到很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。
淮南电力检修有限责任公司风台项目部安徽省淮南市 232100摘要：随着我国国民经济的迅速发展，电力工业正处于大电机和大电网的发展阶段。
人们的生活和生产水平迅速提高，使得电能需求量日益增长，进而对电力系统的供电质量、可靠性及经济性等指标的要求也不断提高。
关键词：发电机；转子；绕组1.1引言发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个电网的崩溃，发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈，线圈引线以及阻尼绕组等部分组成，发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将受到很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。
转子绕组是发电机经常出现故障的部位，除本体故障外，主要是转子绕组的短路故障如匝间短路，一点接地短路，两点接地短路等，发电机正常运行时，转子绕组对地之间会有一定的分布电容和绝缘电阻，绝缘电阻值通常大于1兆欧，但是因某种原因导致对地绝缘损坏或绝缘电阻严重下降时，就会发生转子绕组接地事故，当发电机转子发生一点接地故障时，因为励磁电源的泄露电阻很大，一般不会造成多大的伤害，限制了接地泄露电流的数值，但是当发电机转子发生两点接地故障时将会产生很大的电流，经故障点处流过的故障电流会烧坏转子本体，而部分转子绕组的短接，历次绕组中增加的电流可能会导致转子因过热而烧坏气隙磁通也会失去平衡，从而引起发电机的震动。
景洪电厂发电机转子磁极匝间短路故障排查及处理
景洪电厂发电机转子磁极匝间短路故障排查及处理【摘要】发电机运行时处于高速转动状态，转子磁极不仅承受转动的离心力还要承受由于磁力及发热等多重因素引起的损伤，故而磁极在长时间运行后容易发生故障。
此外磁极在生产维护过程中由于加工工艺的原因也会引起磁极的匝间短路故障。
本文主要论述景洪电厂350MW水轮发电机发生磁极匝间短路故障的排查及处理方法。
【关键词】磁极；匝间短路；故障检测；故障处理1 概述1.1 景洪电厂概况景洪水电厂位于澜沧江下游河段、景洪市上游5公里处。
安装5台350MW 的水轮发电机组，水轮机型号为HLA904a-LJ-830，额定水头60m，额定出力357.2MW ，发电机型号为SF350─80/18900，转子额定电压405V，每个转子共80个磁极。
1.2 磁极匝间短路故障检测磁极匝间短路故障检测方法主要有冲击法和交流阻抗法两种。
冲击法需专用试验设备，可在绕组匝间施加一定的冲击电压，通过比较波形，确定绕组是否有短路点或绝缘薄弱点，需要有丰富的经验分析判断试验结果。
交流阻抗法只需普通试验变压器或调压器和专用的交流阻抗测试仪，通过比较电流或电压算出交流阻抗，即可判断是否存在匝间短路或匝间绝缘缺陷，简便易行。
本文主要论述通过交流阻抗法检测匝间故障。
2 故障检测由于磁极线圈的直流阻抗比较小，在磁极线圈发生匝间故障时直流电阻变化很小，故直流测试不容易发现其匝间短路故障。
当通入交流电压时由于匝间短路是有效线圈匝数减小和短路电流的去磁作用，磁极发生匝间短路时其交流阻抗会减小，功率因素增大，功耗增加。
2.1 故障类型判断以景洪电厂#3发电机转子#57磁极处理为例说明磁极匝间故障排查。
#57磁极维修前交流阻抗实验数据如下表1：#57磁极往年及出厂试验数据为0.66左右，由以上试验数据可看出#57磁极交流阻抗明显比往年及出厂数据低，而试验测得绝缘电阻和直流电阻与往年相差不大，由此可以断定磁极为匝间短路故障。
发电机转子匝间短路故障诊断及处理措施
发电机转子匝间短路故障诊断及处理措施作者：张建锋来源：《中国新技术新产品》2016年第18期摘要：随着我国机电制造业的迅速发展，在促进机电行业和其他相关行业发展的同时，也带来很多问题。
较为明显的是发电机转子匝间的短路故障。
本文主要通过实例分析了发电机转子匝间短路现象，以及故障的诊断方法，故障处理措施以及原因分析。
关键词：发电机转子；匝间短路；诊断；处理措施；原因分析中图分类号：TM31 文献标识码：A近些年来，伴随着我国经济的快速发展，致使发电装机容量也相应地增加。
同时引起国内一些发电机生产和制造商出现超负荷运转，而且也存在设备工艺和质量出现误差，导致发电机转子匝间出现短路故障，在发电机的温度或是运行速度降低的时候，短路故障会短暂地消失，这给故障检测带来了困难。
而且，匝间短路故障需要较长的时间去处理，因此，越早发现转子匝间短路故障，并给予科学合理地检修和处理，对于保证电厂机组稳定、安全运行具有重要的意义。
本文通过对实际生产中出现的转子匝间短路处理实例进行分析，探讨了发电机转子匝间短路故障的原因，以及提出了处理措施。
希望对同类型的发电机转子故障诊断分析具有一定的参考价值。
文中探讨的发电机型号为：QFSN-600-2-22C，额定工作功率为600MW，采用水氢氢的方式进行冷却，额定工作氢压为0.414MPa。
励磁方式为：全静止可控硅机端自并励。
1.发电机转子匝间短路问题（1）发电机机组运行中转子匝间短路故障的诊断。
发电机机组在运行过程中进行转子匝间故障分析诊断，一直是转子匝间短路诊断的难题之一。
在诊断过程中，如果判断失误，会给一些生产厂商带来巨大的财产损失。
发电机组在运行过程中对转子进行匝间短路故障诊断是在转子励磁电流变化和匝间短路导致的转子热不平衡以及磁不平衡基础上。
有研究者证实，运行中的发电机转子匝间短路通常具有两个特征：一是转子出现异常的振动；二是励磁电流相对增加。
根据这两个特征，和正常运行的机组进行对比，则可以较为快速地判断出机组是否在运行期间出现了匝间短路故障。
关于发电机转子匝间短路故障的判断及分析
关于发电机转子匝间短路故障的判断及分析Abstract：This paper mainly describes the judgment andanalysis method of the turn-to-turn short circuit fault of the rotor winding during the operation of the large turbogenerator，and quickly determines the position of the turn-to-turn short circuit fault through the analysis and detection of the turn-to-turn short circuit fault of the generator rotor. The purpose of this paper is to provide a reasonable basis for the formulation of the follow-up treatment scheme.Keywords：rotor winding; turn-to-turn short circuit; fault 近年来，随着用电量的增加发电机组数量、容量也跟随着增加，从200MW的中小型发电机，到1000MW的大型发电机，都有各种不同的故障出现，有的故障还是非常特殊的故障现象。
此种情况可能跟近年来机组的负荷迅猛增长有关系，也跟国内前几年新建发电机组数量的爆发性增长有关系，还有就是与发电机生产厂家的制造工艺有关。
这些故障分布在发电机定子、转子、以及发电机外围附属设备等各个方面。
不论是在定子线棒、绕组端部，还是在定子铁芯，或是在转子绕组方面，一旦出现故障将会1/ 7造成经济上重大的损失。
在这里对转子绕组匝间短路故障分析、处理方面的技术和经验跟大家进行交流。
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水轮发电机转子匝间短路的判断分析
摘要:在转子查找、处理线圈匝间短路的过程中,多种试验方法得到了综合运用,但每种试验方法都有其不足之处,只有将多种方法综合运用,才能收到较好的效果。
HIOKI 3520型数字电桥,因其测试方法和功能的独特,被运用到了转子匝间短路的判断上,收到了较好的试验效果,而且也减少了试验的复杂接线,减轻了试验人员的作业强度,其测电感判断匝间短路的方法,值得推广。
关键词:转子检修匝间短路的分析判断新仪器新方法
转子绕组发生匝间短路,不外乎制造和运行两方面的原因。
制造方面:如制造工艺不良,在转子绕组嵌线、整形等工艺过程中损伤了匝间绝缘;活绝缘材料中存在有金属硬粒,刺穿了匝间绝缘造成短路。
运行方面:在电、热、和机械等的综合应力作用下,绕组产生变形、位移,致使匝间绝缘断裂、磨损、脱落或脏污等造成匝间短路。
当转子绕组发生匝间短路时,严重者使转子电流增大,绕组温度升高,限制电机的无功功率,甚至引起绕组的振动增加,导致被迫停机。
因此,必须通过试验找出匝间短路点,并予以消除,使发电机能够正常运行。
2001年3月15日,松江河发电厂p其中:T为铜导线的计算常数,
为235;R1、R2分别为温度t1 t2时的电阻值。
计算如下:
R后75℃=R后15℃×(235+75)/(235+15)=0.0066464Ω
R交75℃=R交5℃×(235+75)/(235+5)=0.0064971Ω
然后进行比较|R后75℃-R交75℃|/R交75℃×100%=2.3%,即修后与交接比较相差2.29%。
前面已说过,规程没有规定单个磁极,这里只说计算方法。
那么,同样转子整体直流电阻修后与交接比较方法与上述相同,结果比较相差0.9%符合规程规定小于2%的要求,为合格。
根据计算,在测量直流电阻较准确的条件下,当绕组短路匝数的数量超过总匝数的2%及以上时,直流电阻减小的数值才能大于2%,并且在实际测量时还会有些测量误差。
因此,直流电阻的灵敏度是很低的,不能作为诊断匝间短路的主要方法,只能作为综合诊断时的参考。
这项试验不能作为一种判据来使用。
2 测量转子绕组的交流阻抗与功率损耗
2.1 试验目的
测量转子绕组的交流阻抗和功率损耗,与原始(或前次)的测量值比较,是判断转子绕组有无匝间短路比较灵敏的一种方法。
这是因为
当转子绕组中发生匝间短路时,在交流电压下流经短路线匝中的短路电流约比正常线匝中的电流大n倍(n为线圈总匝数),它有强烈的去磁作用,并导致交流阻抗大大下降,功率损耗却明显增加。
2.2 接线(图2)
2.3 方法
电压表要用短而粗的导线直接接于被测转子绕组ZQ的滑环1、1`上。
由调压器T分级升压,同时测量电压U、电流I和功率P然后按下式计算交流阻抗Z,即
Z=U/I
式中
Z为转子交流阻抗,Ω;
U为测量电压,V;
I为测量电流,A。
将测量的Z和P值与原始测量值比较,分析判断转子绕组有无匝间短路。
2.4 使用仪器
ZX-5 3kV A调压器(单个磁极用);ZX-30 24kV A调压器(整体
用);0.5级电流表(0～2.5～5A);0.5级电压表(0～100V);0.5级瓦特表。
2.5 测试结果分析
由试验记录(表1)可知,修后1、修后2及交接试验记录结果差别较大,可以解释为修后1是指在磁极拆下之后没有剩磁的干扰情况下测试的,较小;修后2是指磁极挂装之后,受转子磁轭剩磁的影响,较大;至于交接记录,因不了解当时的试验条件,无法比较。
试验规程要求在相同的试验条件下与历年数值比较,不应有显著变化。
上次大修没有吊转子,所以单个磁极无法比较,只能相互间比较没有明显变化即可。
本次单个磁极记录只能作为下次大修试验的比较依据,那么只有转子整体交流阻抗的比较了(如表2),阻抗、损耗及电流没有明显变化,故认为合格。
注意事项:为了避免相电压中含有谐波分量的影响,宜采用线电压测量,并同时测量电源频率;试验电压峰值不能超过转子的额定电压,并断开励磁回路(膛内试验)。
3 新仪器及方法的使用
本次大修前,新购进了1台日本HIOKI 3520型数字电桥,它的测试范围较广,可测直流电阻、交流阻抗、电感、电容、相角、功率因数(说明书所载)。
这是其他仪器所不具备的,而且它即可串接又可并接于被
试品,它的频率也是可调的,调整范围在40Hz～100kHz之间,试验接线也较为简单,只要将其通入220V交流电源,即可测试。
可以取缔以往的复杂接线,大大减少了中间环节,也将试验中的人为误差降到最低,可以大大提高试验结果的准确性,并且测试速度快,较为直观,易于掌握。
正是由于它的这些优点,在本次处理转子匝间短路的过程中,我们将其引入,经过实验,我们发现了它的有条件优点。
由于水轮发电机是显极式转子,处理时可将转子摘下,而火电厂的气轮发电机转子为隐极式,所以这种方法是否适用于火厂,还有待于研究。
由于是将转子从磁轭上摘下,所以采用它的效果较好。
在试验时,以2号线圈为例,选择170Hz的测试频率,先测得整体的电感为2.08mH,这时用一小段铜线我们发现在线圈相邻两匝短路时,电感变化要比阻抗变化明显,故对各个磁极均做了测试,结果(表2)基本稳定。
但也有一定的差别,28个磁极电感在2.08mH～2.26mH之间,为什么差异这么大呢？分析产生差异的原因主要是和线圈的尺寸以及铁心的尺寸有关,原因是由于这次大修中更换了6组线圈,换线圈时发现,新线圈与旧线圈尺寸不同,旧线圈尺寸为1923×440mm,而新线圈尺寸为1926×400mm,这样,线圈的长度发生变化,电感数值就不同了,同时也造成了气隙的变化,引起磁通的变化,最终影响了电感的数值。
总的看来,这种电桥测试单个磁极的匝间短路,还是有比其他仪器设备先进
的地方。
同时在使用中,也发现了这个电桥有两个缺点:一是做转子整体交流阻抗及电感,数值单位较大不易比较(短路一两匝发现不了),这就限制了它这一功能在日常试验中的使用;二是抗干扰能力较差,受工作现场电磁场影响较大。
针对这一个缺点,可以考虑测试时现场另1台发电机停机状态,又没有人使用电动工具的情况下,提高测试频率,选几个不同的频率档位(电桥自身功能),躲开50Hz工频极其整数倍频率的干扰,测试单个磁极结果作为下次大修的依据,更适用于新安装机组,可以为发电机积累原始数据,便于以后的检修和事故分析。
从这点看还是一个较好的新的试验方法。
但这种方法只在转子磁极及线圈离开磁轭的情况下,进行了实验,未在磁极挂装后实验,不知效果如何。
这个仪器的其他功能,比如:测试电容、相角、功率因数等还有待于进一步的实验检验。
4 结语
先进的仪器设备,不仅会带来精确的试验结果,同时,也会大大的减少试验人员的劳动强度,并且节省时间,提高劳动效率,同时,新的试验方法也会随之而来,引进新设备的同时,也是新技术的引进,只要将新技术、新设备与各自的具体实际相结合,就一定会使设备更加安全、稳定的运行。
参考文献
[1]陈化钢.电气设备预防性试验方法[M].水利电力出版社,1996.。