摘要：发电机转子绕组短路或接地故障在现实生产中时常发生，而对发电机转子绕组故障的检测方法很多，但都很难准确定位故障点的具体位置，特别是发生非稳定性故障点时更加难以确定故障点。本文介绍9F级燃气轮机发电机转子绕组RSO试验方法、原理和应用分析。
关键词：9F级燃气轮机；发电机转子绕组；RSO试验；
0 引言
广州某发电厂配置两套9FA级燃气-蒸汽联合循环机组，每套机组由1台燃气轮机、1台蒸汽轮机、1台发电机和1台余热锅炉组成。燃气轮机、汽轮机、发电机为同一轴系运行。单套机组装机容量390MW，单台燃气轮机出力256.6MW。随着装机容量的日益增大，发电机转子的结构也越紧凑，对转子的绕组的稳定要求也增高。由于生产或者设计的原因，转子绕组故障主要分为匝间短路、匝间断线、绕组接地故障，其中以匝间短路和绕组接地故障最为常见故障。通过早期监测发现转子绕组问题是解决发电机故障的重要手段，同时预防发电机转子故障恶化，造成不可预估的事故。这对机组安全运行也十分重要，本文介绍的发电机转子RSO试验是一种简单，灵敏又能准确定位转子绕组故障点的方法，既可以在转子静态又可以在动态状态下完成试验。能诊断出发电机转子匝间绝缘低、非稳定性接地故障等隐患。
1 RSO试验方法和原理
1.1 RSO试验的原理
RSO试验是“RECURRENT SURGE OSCILLO -GRAPH”缩写，即循环周期性电脉冲示波器试验 ，最早是英国专家提出的。主要原理是在转子绕组的两端同时注入一个连续的前沿陡峭的低电压高频脉冲，当脉冲在转子绕组中传播时，遇到绕组特性阻抗不连续的地方，相应就产生一个反射脉冲， 反射脉冲会重新回到注入点， 通过分析注入点的波形来分析绕组故障。 如果两束行波的反射波能够完全重合，则说明两端的波形完全相同， 可以认为转子内部不存在匝间绝缘问题。 如果两束行波的反射波不能够完全重合， 则说明转子绕组的特性阻抗上存在不连续。可以认为转子内部绝缘存在问题。 由于反射波与原始输入波在到达输入点时间存在延迟， 就会形成一个有分叉的特殊波形， 通过两条曲线在分叉处的最大电压偏差值与反射波正峰值的比率即偏差率分析绕组的故障。 发电机转子绕组中最常见的故障有绕组断线、转子接地故障等， 一般通过直流压降法、交流阻抗法等常规方法判断出来。 而对于匝间短路， 一般的电气试验很难准确判断出来。对于匝间短路来说， 反射波是一个断路型反射波和接地型反射波的合成。 在输入点，示波器监视的波形是输入波和反射波的相加。RSO 试验是在转子绕组两端同时加两束行波的方法。所以，只要故障点不出现在转子绕组的绝对中间位置， 就可以通过双踪示波器看到两端信号的反射波的分叉现象， 两束行波的反射波叠加后出现不能完全重合的地方。
1.2 RSO试验方法
试验接线如图1所示。
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图1 转子RSO试验接线图
为准确定位故障点，我们可以假设高频低压脉冲从内滑环经发电机转子绕组后至外滑环所需时间t1，从内滑环至故障点所需时间为t2，发电机转子绕组总长度为x1，那么内滑环至故障点的长度为，实际根据滤波器产生分叉点的时间可以推算出故障点在第几匝线圈。根据大量实验我们得知脉冲在绕组上传播速度大约为1/3光速，发电机的绕组长度是已知常数，从而可以得知脉冲在绕组传播的时间t1。示波器显示的分叉点对应的时间即2倍t2的时间，这样我们就能得出具体线圈故障点。
2 RSO试验在9F级燃气轮机组上的运用与分析
2.1广州某电厂2套9F级燃气轮机组，发电机参数如表1。
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表1 发电机铭牌参数
根据发电转子在线匝间检测装置的监测结果，#1发电机在运行时#9线圈的主槽和从槽存在线圈短路指示分别为5.7%、6.6%，#2发电机在运行时#2线圈的主槽存在短路指示5.9%。由于两台机组的转子匝间短路指示长期存在，且数值基本稳定。发电机的振动、转子温度、励磁电流等相关参数也没明显变化。为了准确验证发电机转子匝间短路的情况，避免发电机今后可能因转子匝间短路故障而造成转子轴颈磁化、轴瓦损伤、甚至因转子异常振动而迫使发电机降负荷或停机运行，避免造成重大的设备故障或经济损失。所以对两台发电机转子进行重复脉冲（RSO）试验，准确地检测发电机转子是否存在匝间短路故障或匝间绝缘缺陷。
2.2 RSO试验判断依据
发电机转子内部不存在匝间绝缘故障时，其RSO试验结果中的正、负滑环（即正、负极）两束行波的反射波曲线是完全吻合重叠在一起的。如果转子内部存在匝间绝缘故障，则两束行波的反射波曲线将在故障部位出现不重合（分叉）现象。定义两条曲线在分叉处的最大电压偏差值与反射波正峰值的比率为偏差率，以“⊿”来表示。对于1~2号线圈，当时，可判断转子绕组存在匝间短路故障；当时，可判断转子绕组存在匝间绝缘缺陷；对于3号及以上其它线圈，当时，可判断转子绕组存在匝间短路故障。9F级燃气轮机组的发电机转子为两极各9个线圈，判断故障点具体在哪个线圈的方法，是将RSO试验的波形图在一个周期内从波峰到波谷的X轴方向平均分成9段，如第2段的波形不重合，则判断为第2线圈有匝间短路故障。
2.3 转子不同状态条件下的RSO试验结果
根据以往该厂转子发生故障的经验，同时对两台机组分别做全速空载、惰走、盘车的全速空载试验。#1机组发电机转子从额定转速（3000r/min）到盘车状态的惰走过程中，进行不间断的重复脉冲（RSO）检测，获得了不同转速下动态RSO试验的检测波形。这里选取几个典型的检测波形，分别如图2~图3所示。
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图2 转子3000r/min时的RSO检测波形 图3 转子在盘车时的RSO检测波形
从图2可以看到，正、负极两条RSO检测曲线在从正峰值开始的下降曲线段有1处不吻合现象，它对应了转子绕组的#9线圈，最大偏差率大于3%。在图3中，转子在盘车时，不吻合区域已经消失，正、负极两条RSO检测曲线均吻合。
综合上述不吻合区域随转子转速变化的情况分析，可判断该转子#9线圈内部存在不稳定的匝间短路故障。同时再一次验证了发电转子在线匝间检测装置的结论。
#2机组发电机转子从额定转速（3000r/min）到盘车状态的惰走过程中，进行不间断的重复脉冲（RSO）检测，获得了不同转速下动态RSO试验的检测波形。这里选取几个典型的检测波形，分别如图4~图5所示。
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图4 转子3000r/min时的RSO检测波形 图5 转子在盘车时的RSO检测波形
从图4中可以看到，正、负极两条RSO检测曲线在从正峰值开始的下降曲线段有1处不吻合现象，它对应了转子绕组的#2线圈，最大偏差率大于8%。在图5中，转子在盘车时，不吻合区域已经消失，正、负极两条RSO检测曲线均吻合。
综合上述不吻合区域随转子转速变化的情况分析，可判断该转子#2线圈内部存在不稳定的匝间短路故障。也验证了机组转子在线匝间检测装置的结论。
3 结束语
根据该厂两台9F级燃气轮机组RSO试验结论来看，RSO试验在针对发电机转子匝间短路故障体现出灵敏性、精确性、接线简单、能适应机组的不同状态条件下的试验。对转子没有伤害，能提前检测出转子的故障情况，并能精确定位。为机组转子检修提供可靠依据，同时也是近年来各个电厂处理转子匝间故障的常用手段。由于故障点随转子热膨胀和绕组之间的挤压作用的变化，出现这种匝间不稳定故障点，用传统方法检测很难实现精确定位故障点。但RSO试验很好地解决了这种情况，使电厂在电力市场的竞争压力下，提高了机组的安全、稳定供电基础，有效的限制因发电机转子匝间短路造成的非停情况。所以RSO试验值得我们电力生产行业的推广和总结。
参考文献
[1] 《隐极式同步发电机匝间短路测量方法标准》.
[2] 《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》.
作者简介： 申太元（1988-）， 男， 电气助理工程师， 大学本科， 广州珠江天然发电有限公司运行部副值班员， 主要从事燃气轮机组运行工作。
吴森飚（1984-），男，电气工程师，大学本科，广州珠江天然气发电有限公司技术研发中心电气工程师，主要从事燃气轮机组的电气设备管理工作。