池杰
江苏华电戚墅堰发电有限公司 江苏常州市 213018
摘要：某电厂#2机组从2010年检修投运以后发现交流阻抗实验与出厂值相比一直在降低，震动监测到的值也在增加。对电气设备进行外部检查，未发现异常，经对机组运行工况及相关操作进行全面分析，基本排除机械原因导致震动加剧及交流阻抗降低，初步判定#2发电机有匝间短路。2012年发电机转子检修时，发现在端部线圈匝与匝之间的绝缘垫片已甩出，造成线圈匝间发生短路。
关键字：漏磁通 磁通密度曲线 匝间短路
在运行中的发电机中，转子故障中转子匝间短路故障所占的比重较大。转子绕组存在匝间短路可以导致局部过热，最后形成转子接地故障。造成机组非停。此外匝间短路还会引起转子发热不均，造成转子弯曲，产生不平衡的磁拉力，使得发电机振动增加，也可能使转子磁化，严重时还将烧毁转子轴颈和发电机轴承。
在以往的转子匝间绝缘故障判断：一是观察励磁电流的变化曲线，二是通过发电机汽励两端轴承振动变化趋势，三是发电机检修时抽转子，进行转子交流阻抗、RSO试验、极间电压试验，线圈电压分布试验进行转子匝间绝缘故障的判断。这三种都有各自的局限性。第一、第二种是通过其他参数来间接证明转子匝间绝缘问题，可靠性并不高，存在误判的可能；第三种只能在检修时才能进行，工作量巨大，监测效率不高。
转子匝间短路在线监测装置可利用安装与定子线圈上的磁通探头，对发电机转子绕组匝间绝缘进行实时连续自动监测，通过电势波形的分析计算，进行波形对比，可及早发现转子匝间绝缘缺陷，并与传统试验方法进行相互对比，避免匝间绝缘缺陷扩大，降低机组非停风险。
一、转子绕组匝间短路故障
1.1 故障原因及种类
可能引起转子匝间短路的原因既有制造工艺问题也有机组运行工况所引起的情况，包括以下几个方面：(1)绝缘磨损或脱落；（2）导线磨损的金属粉尘；（3）端部绕组固定不牢，松动移位；（4）机组频繁启停热变形，绕组堵塞过热。
根据表现形态，匝间短路种类可分为稳定匝间短路和不稳定匝间短路。尤其对于不稳定匝间短路更能体检在线监测的优势。
2.1 早起征兆与严重后果
转子匝间短路的早起征兆表现为以下几方面：（1）气隙磁通波形畸变；（2磁拉力不平衡，转子本体发热不对称引起的振动；（3）接地电流，绝缘热解；（4）在同等有功无功功率情况下，转子励侧电流明显增加，轴电压异常。
根据实践经验，转子绕组匝间短路可能会引起的严重后果包括：（1）转子接地故障；（2）转子磁化；（3）烧毁转子轴颈，轴承。
二、转子匝间短路在线监测装置
2.1 判断方法及方式简介
判断转子绕组匝间短路常用的方法有测量转子绕组直流电阻、比较发电机短路和空载特性曲线、测量转子绕组交流阻抗和功率损耗、测量单开口变压器的感应电势和相角、双开口变压器感应法、功率表相量投影法、直流降压法、励磁电流判别法、定子环流判别法、RSO重复脉冲检测法和波形法。从方法的简便、可靠、灵敏度来看，现场多采用测量转子绕组感应线圈波形来判断转子绕组是否发生匝间短路。JB/T8446-2005《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》明确规定：如阻抗法与波形测量结果有矛盾时，以波形法为准。
ROM检测装置是以检测发电机转子绕组漏磁通波形为依据，来判断是否有匝间短路。
2.2 判断原理简介
利用探测线圈采集电机转子气隙电动势检测电机转子绕组线圈是否发生匝间短路故障，其原理是在定子气隙中安装微分探测线圈，由电势波形反映电机气隙磁通密度的变化，即磁通变化引起电机转子各槽之间槽漏磁通在感应线圈中感应的电动势发生的变化，来确定匝间短路是否发生。
发电机气隙磁密中转子齿槽分量和该槽的安匝数成正比。
式中 S为探测线圈面积;Nc为探测线圈的匝数;C为电机常量;B为探测线圈中的磁密;φ为探测线圈中的磁通。
我们在气隙适当位置安置探测线圈来测定转子齿槽分量。如果转子绕组某槽内线圈出现匝间短路,该槽对应的气隙齿槽磁密在探测线圈上感应的电势U将相应地减少,通过对该电势波形的分析计算,其结果可作为判定被试转子存在匝间短路的依据之一。
三、转子匝间短路在线监测装置实例分析
2011年11月对#2发电机进行匝间短路波形分析，通过ROM采集装置采集到得波形如下图一：
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装置检测到得波形通过滤波以后得的波形图如图一所示，通过软件计算出探测器所得的最大漏磁通最大电压值为：12.545 电压为：-12.525
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通过软件计算出波形的磁通密度曲线及过零点。
注：红色曲线为漏磁通波形。蓝色曲线为磁通密度曲线。绿色曲线为过零点。
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把采集到得波形前后叠加，在同一匝上感应到得漏磁通应该是大小相当方向相反，如未发生匝间短路应该时完全重合，得到如图三波形。
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软件诊断图四，判断第三匝及第五匝漏磁通不相等，判断有匝间短路存在。
2012年1月电厂对#2发电机大修，拆开转子以后发现外环极第五线圈端部R角处绝缘垫片已甩出。如下图五
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在分析电机转子绕组匝间短路时的气隙磁场特性以及探测线圈工作原理的基础上, 将小波分析算法应用到电机转子绕组匝间短路故障诊断中，通过ROM软件对波形处理和分析。实例结果表明此方法在匝间短路故障中的应用具有可行性和很高的应用价值。
结语：
发电机在线监测与故障诊断技术是最近十几年发展起来的，转子匝间绝缘在线监测装置能及早监测出发电机转子内部的隐患，避免设备缺陷扩大，减少机组非停，显著提高发电机运行的安全性。本文通过对发电机转子故障案列分析，说明发电机转子在线监测的重要意义。