發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路和接地故障精講

1、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路和接地故障診斷 ?轉(zhuǎn)子匝間短路和接地故障的概述轉(zhuǎn)子匝間短路和接地故障的概述 ?發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝短故障的分析和檢測步驟發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝短故障的分析和檢測步驟 ?轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的匝短故障分析轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的匝短故障分析 ?轉(zhuǎn)子停運(yùn)后（仍在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)）匝短轉(zhuǎn)子停運(yùn)后（仍在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)）匝短故障的分析故障的分析 ?轉(zhuǎn)子接地故障分析轉(zhuǎn)子接地故障分析 一、轉(zhuǎn)子匝間短路和接地故障的一、轉(zhuǎn)子匝間短路和接地故障的概述概述 ? 由于部分繞組被短接，勵(lì)磁繞組中電流增加，可能引起過熱而燒傷；若短路匝數(shù)較多，會(huì)使發(fā)電機(jī)磁路中主磁通減少，使得機(jī)組向外輸出的感性無功減少，引起機(jī)端出口電壓下降，同時(shí)定子電流可能會(huì)

2、急劇上升；由于部分繞組被短接，使氣隙磁通失去了平衡，從而引起振動(dòng)，特別是多極機(jī)會(huì)引起更加嚴(yán)重的振動(dòng)。 ? 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地是常見的不正常的運(yùn)行狀態(tài)，由于勵(lì)磁電源的泄露電阻(對地電阻)很大，限制了一點(diǎn)接地泄露電流的數(shù)值，一般不會(huì)造成危害。但如果再有另外一個(gè)接地點(diǎn)， 即發(fā)生兩點(diǎn)接地故障時(shí)會(huì)形成部分線匝短路。 二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝短故障的分析和檢測二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝短故障的分析和檢測步驟步驟 在轉(zhuǎn)子匝短故障分析、診斷和處理的過程中， 一般都需要經(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

3、試驗(yàn)，以判斷是否存在匝短故障； ? 3、將轉(zhuǎn)子抽出來放置于發(fā)電機(jī)定子膛外后，可對匝短故障點(diǎn)進(jìn)行定位分析； ? 4、對確實(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，以便有針對性地進(jìn)行處理。 三、轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的匝短故障分析三、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，首先要對引起轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)的原因進(jìn)行分析。 ? 當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)匝短故障后，定子氣隙中的電磁場發(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

4、力加劇，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)也相應(yīng)的增大。 ? 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。 四、轉(zhuǎn)子停運(yùn)后（仍在發(fā)電機(jī)定四、轉(zhuǎn)子停運(yùn)后（仍在發(fā)電機(jī)定子膛內(nèi)）匝短故障的分析方法子膛內(nèi)）匝短故障的分析方法 ?1、空載試驗(yàn)； 2、直流電阻測量； 3、交流阻抗和損耗試驗(yàn)； 4、兩極電壓平衡試驗(yàn)； 5、RSO重復(fù)脈沖波形試驗(yàn)； 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)。 1空載試

5、驗(yàn) ? 具體方法：通過測量空載狀態(tài)測量空載狀態(tài)下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流，將其與歷史值與歷史值進(jìn)行比較比較，分析其變化的程度來判斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝短故障。 ? 判據(jù)：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。 ? 特點(diǎn)：當(dāng)短路匝數(shù)較少時(shí)，空載下勵(lì)磁電流的增長不會(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直流電阻測量法 ? 具體方法：通過測量轉(zhuǎn)子直流電阻，將其與歷史值與歷史值進(jìn)行比較。比較。 ? 判據(jù)：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，通過測量其直阻值的下降，可以判斷轉(zhuǎn)子存在匝短故障。 ? 不足：當(dāng)發(fā)生匝短的匝數(shù)很少時(shí)就很難準(zhǔn)確地

6、判斷轉(zhuǎn)子是否存在匝短故障 3交流阻抗和損耗試驗(yàn) ? 原理：繞組出現(xiàn)匝間短路，交流阻抗減小，損耗增大。 ? 方法：測量轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗和功率損耗，與歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比。 ? 對于轉(zhuǎn)子的交流阻抗來說，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。 ? 測量轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗和功率損耗是判斷有無匝間短路的較為靈敏和有效的方法。 ? 在交流電壓作用下,轉(zhuǎn)子繞組短路匝中流過的電流要比正常匝大,其方向與正常匝的電流方向相反,有較明顯的去磁作用,形成繞組總阻抗的顯著下降,功率損耗明顯增加,根據(jù)多年現(xiàn)場試驗(yàn)證明,與正常試驗(yàn)

7、結(jié)果相比,如交流阻抗值下降8%,功率損耗上升10%,一般都存在匝間短路。 ? 交流阻抗和功率損耗法的試驗(yàn)接線如圖所示。交流電壓經(jīng)自耦調(diào)壓器T,接至轉(zhuǎn)子滑環(huán)1-1,其值應(yīng)不超過轉(zhuǎn)子額定電壓。發(fā)電機(jī)大修后或交接試驗(yàn)應(yīng)在升速過程中測其交流阻抗或功率損耗。 ? 交流阻抗法因接線簡便，靜態(tài)或動(dòng)態(tài)，轉(zhuǎn)子在定子膛內(nèi)或膛外皆可進(jìn)行試驗(yàn)，測試的靈敏度較高等優(yōu)點(diǎn)，而現(xiàn)場廣泛采用。但應(yīng)注意，此方法因受多種因素影響，常常降低其試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，如試驗(yàn)時(shí)施加電壓的大小，轉(zhuǎn)子所處位置，靜態(tài)或動(dòng)態(tài)，電源周率、短路點(diǎn)接觸電阻及短路匝在槽內(nèi)所處位置等。雖然可在歷次試驗(yàn)中將這些因素的影響縮減到最小程度，如轉(zhuǎn)子所處位置、動(dòng)態(tài)或靜態(tài)

8、，電源電壓大小及周率等等，但多次試驗(yàn)結(jié)果表明，僅用此法尚不足以最后判定匝間短路性質(zhì)及其嚴(yán)重程度。 VUWATy交流阻抗及功率損耗試驗(yàn)結(jié)線 ? 正因影響交流阻抗法的因素較多，過去國內(nèi)各試驗(yàn)研究單位曾根據(jù)各自的測試條件提出過不同的判定標(biāo)準(zhǔn)，其范圍大致是，交流阻值下降410%。也曾出現(xiàn)過交流阻抗僅下降45%的確存在匝間短路，但下降810%卻不存在匝間短路的事例?？梢?，僅用交流阻抗法來判定轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路是不夠充分的，應(yīng)結(jié)合其它方法綜合判斷。這對確定轉(zhuǎn)子是否采取檢修措施時(shí)是十分必要的。 4兩極電壓平衡試驗(yàn) ? 方法：通過測量兩極繞組上的電壓降，比較兩者之間的電壓差異。 ? 判據(jù)：當(dāng)這種差異小于某個(gè)

9、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。 ? 不足：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)恰好處于對稱的位置，此時(shí)，兩極電壓平衡試驗(yàn)就無法檢測出來了。 5重復(fù)脈沖波形（RSO）法 ? 方法：RSO方法基于轉(zhuǎn)子繞組的對稱結(jié)構(gòu)，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，通過比較對稱性，驗(yàn)證轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路。 ? 判據(jù)：正常情況下，兩條響應(yīng)曲線應(yīng)當(dāng)十分吻合。當(dāng)兩

10、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。 ?6. 轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn) 原理：無匝短故障的轉(zhuǎn)子，其兩極繞組的 各個(gè)相對應(yīng)部位的電壓或電壓差都具有良好的對稱性。匝短故障時(shí)，原有的對稱性被破壞，但對于兩槽線圈底匝之間的電壓差，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。 ? 方法：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，便于使用萬用表讀數(shù)即可），然后測量各個(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。 某電廠2#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)匝短故障后，各個(gè)線圈底匝線棒的電壓測量結(jié)果 極極1（外滑環(huán)）（外滑環(huán)） 線圈編號(hào)

11、電壓值（V） 電壓差（V） 線圈編號(hào) 極極2（內(nèi)滑環(huán)）（內(nèi)滑環(huán)） 電壓值（V） 電壓差（V） 1 2 3 4 5 6 7 8 0.11 4.90 5.46 8.76 9.36 15.48 16.15 22.44 - U21=4.79 U32=0.56 U43=3.30 U54=0.60 U65=6.12 U76=0.67 U87=6.29 1 2 3 4 5 6 7 8 48.20 43.10 42.50 36.96 36.31 30.10 29.42 23.10 - U21=5.10 U32=0.60 U43=5.54 U54=0.65 U65=6.21 U76=0.68 U87=6.32

12、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，具有良好的對稱性。 7三相短路狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)匝間短路波形試驗(yàn) ? 原理：對于無匝短故障的轉(zhuǎn)子，其動(dòng)態(tài)匝間短路波形中，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。 無匝短故障轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)匝間短路波形 某電廠1#發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)匝間短路波形 3#線圈和4#線圈相對應(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

13、障。 ? 方法：將解列后的發(fā)電機(jī)三相出線短接起來，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)測裝置，獲取氣隙磁場中的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)匝間短路波形，進(jìn)而進(jìn)行判斷有無匝間短路故障。 序號(hào)序號(hào) 名稱名稱 適用場合適用場合 敏感性敏感性 準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 特點(diǎn)特點(diǎn) 唯一在轉(zhuǎn)子運(yùn)行在實(shí)際工況下的分析1 基于“振動(dòng) 勵(lì)磁電流關(guān)系曲線”分析方法 發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，故障分析的第一階段 較好 較好 方法；無需額外的試驗(yàn)設(shè)備，但分析結(jié)論需待驗(yàn)證。 2 空載試驗(yàn) 發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)解列后 較差 較差 非嚴(yán)重匝短情況下，不能作為匝短的直接判據(jù)。 3 直流電阻測量 發(fā)電機(jī)停機(jī)后，膛內(nèi)和膛外均可。 較差 較差 非嚴(yán)重匝短情況下

14、，不能作為匝短的直接判據(jù)。 4 交流阻抗和損耗試驗(yàn) 發(fā)電機(jī)停機(jī)后，膛內(nèi)和膛外均可。 發(fā)電機(jī)需停機(jī)，有的機(jī)型只能在膛外進(jìn)行。 發(fā)電機(jī)停機(jī)后，膛內(nèi)和膛外均可。 一般 易誤判 暫無明確的判斷依據(jù)。需依據(jù)分析者個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。 5 兩極電壓平衡試驗(yàn) 一般 偶有誤判 試驗(yàn)方法較粗糙。 無判斷標(biāo)準(zhǔn)，定位需依據(jù)操作者個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。 6 RSO方法 較好 偶有誤判 7 轉(zhuǎn)子繞組電壓分布試驗(yàn) 發(fā)電機(jī)需停機(jī)，有的機(jī)型只能在膛外進(jìn)行。 需要掌握轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部結(jié)構(gòu)。無需專好 好 用的檢測儀器，簡單易行，診斷結(jié)果具有確定性?？啥ㄎ?。 8 動(dòng)態(tài)匝間短波形試驗(yàn) 發(fā)電機(jī)運(yùn)行于三相短路狀態(tài) 好 好 需安裝有在線監(jiān)測裝置，否則不能進(jìn)行。不能

15、進(jìn)行故障點(diǎn)的精細(xì)定位。 五、接地故障的檢查試驗(yàn) ?轉(zhuǎn)子回路發(fā)生接地故障時(shí)，首先應(yīng)對繞組外部連接回路進(jìn)行檢查，依次排除外部回路接地的可能性后，再檢查繞組本身的接地部位。 ?常用的檢查試驗(yàn)方法如下： （1）電壓表法 ?此方法能簡便判明轉(zhuǎn)子繞組接地點(diǎn)位置及接地電阻數(shù)值，發(fā)電機(jī)在靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下均可進(jìn)行測量。但應(yīng)注意，在運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行測量時(shí)應(yīng)在勵(lì)磁回路中投入兩點(diǎn)接地保護(hù)。 V+RyV1V2-電壓表法測量結(jié)線 ?在轉(zhuǎn)子滑環(huán)上加直流電壓，用電壓表測量正負(fù)滑環(huán)間電壓V，正環(huán)及負(fù)環(huán)對地電壓及，計(jì)算接地點(diǎn)電阻Rg: gv 12 ?如為金屬性接地故障，可按下式算出接地點(diǎn)對正，負(fù)滑環(huán)間的大致電氣距離，或占轉(zhuǎn)子繞組總

16、長的百分比。 ?距正環(huán) 100?12?V?R?R ? 1 ?V?V?VL?100V?V?距負(fù)環(huán) 200 ? 12 ?應(yīng)注意，如發(fā)電機(jī)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，應(yīng)使用帶絕緣柄的銅網(wǎng)刷直接觸到滑環(huán)及轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行測量，測得的正環(huán)對地電壓，及負(fù)環(huán)對地電壓之和不應(yīng)大于兩滑環(huán)間的電壓，根據(jù)測試結(jié)果判定： ?如V1V2 ，接地點(diǎn)靠近負(fù)環(huán)， V1V1 ,V120 ， 或負(fù)值，接地點(diǎn)不在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部。 ?進(jìn)行這項(xiàng)試驗(yàn)還應(yīng)該注意所用電壓表內(nèi)阻數(shù)值，否則易引入較大誤差。如為非金屬性接地，必須選用高內(nèi)阻電壓表，如數(shù)字式電壓表或萬用表。 VL?100V?V?進(jìn)行這項(xiàng)試驗(yàn)還應(yīng)該注意所用電壓表內(nèi)阻數(shù)值，否則易引入較大誤差。6?R? 10

17、 ?，如數(shù)字式如為非金屬性接地，必須選用高內(nèi)阻電壓表 v電壓表或萬用表。 ?（2）直流大電流法 ?在轉(zhuǎn)子軸上施加大的直流電流查找繞組接地點(diǎn)的軸向和周向位置是檢修存在接地故障轉(zhuǎn)子的常用和行之有效的方法 ?在轉(zhuǎn)子兩端軸上通以較大的直流電流（約2001000A），則沿轉(zhuǎn)子軸向的電位分布如曲線1所示。轉(zhuǎn)子繞組及滑環(huán)的電位與接地點(diǎn)相同，如曲線2所示。測量時(shí)將檢流計(jì)G（或量程不大于0.1mv的毫伏表）的一端接于任一滑環(huán)上，另一端接探針。將探針觸接轉(zhuǎn)子本體作軸向滑動(dòng)，當(dāng)檢流計(jì)指示為零時(shí)即為接地故障點(diǎn)沿軸向的位置。 =“O”KG12大電流法試驗(yàn)結(jié)線 ?在實(shí)際測量過程中，接近故障點(diǎn)的一段區(qū)域，檢流計(jì)可能均指示零值或最低值，即呈現(xiàn)零值區(qū)或不靈敏區(qū)，（圖-11中標(biāo)“0” 的部分）。零值區(qū)的范圍大小取決于試驗(yàn)時(shí)所施加電流的大小及檢流計(jì)的靈敏度，試驗(yàn)時(shí)如出現(xiàn)零值區(qū)過大現(xiàn)象，只需加大試驗(yàn)電流或更換靈敏度更高的檢流計(jì)，零值區(qū)即可縮小。 ?在能滿足測量靈敏度要求的前提下，建議按下表選擇試驗(yàn)電流 ?應(yīng)注意，現(xiàn)場進(jìn)行以上試驗(yàn)，一般用直流勵(lì)磁機(jī)或電焊機(jī)作直流電源，在后一種情況下，有時(shí)用兩臺(tái)電焊機(jī)并聯(lián)運(yùn)行以獲得較大直流電流，但也往往給電壓調(diào)節(jié)和穩(wěn)定帶來困難。因而最好應(yīng)用一臺(tái)電機(jī)或減小試驗(yàn)電流。 ?還應(yīng)注意，為防止大電流引入時(shí)因接線不牢而燒傷轉(zhuǎn)子連接部位，應(yīng)制作通流容量合適的專用卡環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸兩端，將直流電源引線用