【正文】 時(shí) (23)另外的邊界條件是在r=R2時(shí) ， (24)在r=R1時(shí),因?yàn)闅庀断禂?shù)為 (25) (26)在上面的式中 (27) (28) (29)Zn是含有氣隙磁場(chǎng)對(duì)定子鐵芯深度影響的系數(shù)，當(dāng)深度到一定程度后。2. 3 匝間短路的磁場(chǎng)分析 本小節(jié)首先對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的二維模型進(jìn)行了分析；其次分析了發(fā)電機(jī)匝間短路時(shí)的氣隙磁場(chǎng)分布，用圖解法對(duì)匝間短路時(shí)的磁場(chǎng)分布進(jìn)行了形象地說(shuō)明。運(yùn)行中高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組承受著離心力等多種使其移位變形的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，從而發(fā)生匝間短路。有的轉(zhuǎn)子在制造過(guò)程中，因下線、整形等工藝不當(dāng)，損傷了繞組的匝間絕緣，運(yùn)行不久就發(fā)生了匝間短路。為了提高單機(jī)容量，只能增加轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度，因此汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子外形是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓柱體。為了便于在線檢測(cè)，采用探測(cè)線圈法作為檢測(cè)故障的主要手段。探測(cè)線圈法是由阿爾布萊特(Albright)[]首先提出的，是把一靜止探測(cè)線圈放在電機(jī)氣隙中的在線檢測(cè)方法。 (Repetitive Surge Oscilloscope)方法 RSO重復(fù)脈沖檢測(cè)法應(yīng)用的是行波理論，用雙脈沖信號(hào)發(fā)生器對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩極同時(shí)施加前沿陡峭的高頻沖擊脈沖波，當(dāng)該脈沖信號(hào)沿繞組傳播到阻抗突變點(diǎn)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致反射波和透射波的出現(xiàn)，由此會(huì)在檢測(cè)點(diǎn)測(cè)得與正常回路無(wú)阻抗突變時(shí)不同的響應(yīng)曲線，通過(guò)與制造廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)波形進(jìn)行比較，可判斷轉(zhuǎn)子繞組是否出現(xiàn)匝間短路以及匝間短路的位置。但由于測(cè)量精度的限制，靈敏度較低，一般在匝數(shù)較多(轉(zhuǎn)子繞組短路的匝數(shù)超過(guò)總匝數(shù)的3%以上)時(shí)，才能從曲線上反映出來(lái)。根據(jù)計(jì)算，僅當(dāng)短路匝數(shù)超過(guò)轉(zhuǎn)子繞組總匝數(shù)的2%及以上時(shí)，直流電阻減小的數(shù)值才能超過(guò)規(guī)定值的2%。由于發(fā)電機(jī)故障的復(fù)雜性，它往往受到多種因素的影響，而且各因素之間還存在耦合作用，同一種故障在不同的系統(tǒng)中所表現(xiàn)出來(lái)的癥狀也不盡相同。其中人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳感技術(shù)是發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的重要組成部分。由于轉(zhuǎn)子繞組絕緣的損壞，轉(zhuǎn)子繞組匝間短路后會(huì)形成短路電流，從而導(dǎo)致局部過(guò)熱。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這些部件將承受很大的機(jī)械應(yīng)力和熱負(fù)荷，若超過(guò)其極限值時(shí)將導(dǎo)致部件的損壞。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子作為發(fā)電機(jī)的重要組成部分，主要由勵(lì)磁繞組線圈、線圈引線以及阻尼繞組等部分組成。 目前，在國(guó)內(nèi)運(yùn)行的大型發(fā)電機(jī)組中，發(fā)電機(jī)匝間短路故障占故障總數(shù)的比重較大，大多數(shù)發(fā)電機(jī)都發(fā)生過(guò)或已經(jīng)存在轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的故障。近些年來(lái)，故障診斷技術(shù)不斷吸收各學(xué)科的發(fā)展成果，診斷技術(shù)的理論與應(yīng)用都得到了很大的發(fā)展，其涉及控制論、信息論、系統(tǒng)論、檢測(cè)與估計(jì)理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多方面的內(nèi)容，成為集數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、力學(xué)、電子技術(shù)、信息處理、人工智能等多學(xué)科集于一體的新興的交叉學(xué)科。如：東南大學(xué)開(kāi)發(fā)的125MW汽輪發(fā)電機(jī)組狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)的200MW汽輪發(fā)電機(jī)組集散式狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，此系統(tǒng)可進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)分析。通常大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的總匝數(shù)較多(約在160匝以上)，如果只有一二匝短路，即使測(cè)量很精確，直流電阻的降低也不超過(guò)1%。通過(guò)測(cè)量發(fā)電機(jī)空載電壓、短路電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線，觀察其斜率有無(wú)變化，從而判斷轉(zhuǎn)子繞組有無(wú)匝間短路故障。通過(guò)測(cè)量另一個(gè)變壓器的感應(yīng)電勢(shì)，若發(fā)現(xiàn)比無(wú)匝間短路時(shí)成倍增加則說(shuō)明轉(zhuǎn)子線圈存在匝間短路故障。在發(fā)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)中加裝探測(cè)線圈，通過(guò)對(duì)探測(cè)線圈上的電勢(shì)采樣，其電勢(shì)波形反映了發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度的變化，便可以可靠地獲取轉(zhuǎn)子匝間短路故障的信息和故障點(diǎn)位置信息等[]。首先說(shuō)明了進(jìn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障檢測(cè)的必要性，深入地研究了發(fā)電機(jī)發(fā)生匝間短路的原因、類(lèi)型以及轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)的磁場(chǎng)情況。為了減少高速旋轉(zhuǎn)引起的離心力，汽輪發(fā)電機(jī)一般采用隱極式轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子直徑一般不超過(guò)一米。（2）制造質(zhì)量不良有的轉(zhuǎn)子繞組在制造時(shí)所應(yīng)用的匝間絕緣材料材質(zhì)不良，含有金屬性硬刺，運(yùn)行中在離心力的作用下刺穿了匝間絕緣，造成匝間短路。冷態(tài)起動(dòng)機(jī)組，轉(zhuǎn)子電流突增，由于鋼鐵溫差使繞組銅線蠕變留下的殘余塑性變形和積累，導(dǎo)致匝間絕緣和對(duì)地絕緣的損傷。集電環(huán)電刷在剛投入運(yùn)行時(shí)及正常運(yùn)行中容易發(fā)生火花放電。因?yàn)閰^(qū)域I包含坐標(biāo)原點(diǎn)，滿足了Mln=0。 根據(jù)全電流定律，可以得到正常情況下勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁勢(shì)為一階梯波。每個(gè)鋸齒波的幅值與相應(yīng)槽內(nèi)安匝數(shù)成正比，如果將這個(gè)鋸齒波在小齒區(qū)域內(nèi)分解，可以得到一個(gè)基本齒諧波和一系列高階齒諧波，其中一階齒諧波周期與小齒槽數(shù)相同。轉(zhuǎn)子的齒頂漏磁，它也是由槽內(nèi)導(dǎo)體的電流所產(chǎn)生的，它不與定子鐵芯相交鏈，僅在氣隙中通過(guò)齒頂與轉(zhuǎn)子相交鏈。因此可以將齒諧波幅值的變化作為槽內(nèi)是否發(fā)生匝間短路的一個(gè)判據(jù)。如果轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)出現(xiàn)匝間短路，氣隙磁密的感應(yīng)電勢(shì)相應(yīng)地會(huì)減少。根據(jù)法拉第定律可得探測(cè)線圈的感應(yīng)電勢(shì)為： (39)上式中，n為探測(cè)線圈的匝數(shù)。其結(jié)構(gòu)如圖33所示：1探測(cè)線圈2絕緣棒3探測(cè)桿4法蘭圖33 探測(cè)線圈與探測(cè)桿結(jié)構(gòu) The structure of detection coil and rod一般發(fā)電機(jī)定子的通風(fēng)溝為810mm，所以探測(cè)管的外徑要小于通風(fēng)溝，以便插入通風(fēng)溝。輸入信號(hào)帶寬：0~；工作溫度：0~50℃；存儲(chǔ)溫度：25℃~70℃；相對(duì)濕度：0~80%。只能從示波圖上定性的判斷有無(wú)匝間短路和嚴(yán)重程度，還不能準(zhǔn)確的判定短路匝數(shù)。 圖35至圖39是大亞灣核電站汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生匝間短路故障時(shí)的探測(cè)線圈波形圖，文中根據(jù)從第一次發(fā)現(xiàn)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路故障到匝間短路故障逐步發(fā)展的各個(gè)階段波形圖的比較，以及相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)匝間短路的情況進(jìn)行了分析。綜合比較各個(gè)階段發(fā)電機(jī)氣隙探測(cè)線圈波形，可以看到，匝間短路故障越嚴(yán)重，其氣隙探測(cè)線圈波形越容易觀測(cè)到，尤以圖37中可以非常清楚地看到波形發(fā)生凹縮，說(shuō)明主變故障使匝間短路故障得到了進(jìn)一步地惡化