【正文】 2汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的理論分析本章首先介紹了汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，然后對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路的原因以及故障類型進行了說明，并詳細分析了發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組短路的二維模型及發(fā)生匝間短路故障時的磁場分布。在一定的運行條件下，如果存在轉(zhuǎn)子匝間短路，就會引起磁場的不對稱，破壞氣隙磁場的正常分布，同時故障所在槽的槽漏磁齒諧波也會相應(yīng)發(fā)生變化。3. 發(fā)電機空載、短路特性曲線法 當轉(zhuǎn)子繞組中存在匝間短路時，其三相穩(wěn)定的空載特性曲線與未短路前的比較將會有所下降，短路特性曲線的斜率也將減小。其中清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等一些高校做了大量研究，并取得了一定成果，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。而部分轉(zhuǎn)子繞組的短接，勵磁繞組中增加的電流可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子因過熱而燒壞，氣隙磁通也會失去平衡，從而引起發(fā)電機的振動，還可能使轉(zhuǎn)子大軸磁化，甚至?xí)?dǎo)致災(zāi)難性的后果，因此兩點接地故障的后果是很嚴重的。轉(zhuǎn)子繞組是發(fā)電機經(jīng)常出現(xiàn)故障的部位，除本體故障外，主要是轉(zhuǎn)子繞組的短路故障，如匝間短路、一點接地短路、兩點接地短路等。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，故障診斷技術(shù)己經(jīng)成為保證發(fā)電設(shè)備安全穩(wěn)定運行的重要手段之一，是國內(nèi)外相關(guān)科研單位研究的一門新技術(shù)。因此直流電阻的靈敏度是比較低的，它不能作為判定匝間短路的主要方法，只能作為綜合判斷的方法之一。該方法對匝間短路的反應(yīng)比較靈敏，易于發(fā)現(xiàn)比較小的匝間短路，但不能實現(xiàn)在線監(jiān)測，而且需要脈沖信號。本文主要做了以下幾個方面的研究工作：，輕微的匝間短路故障并不會對發(fā)電機產(chǎn)生重大的影響，但發(fā)展之后會產(chǎn)生嚴重的后果，可能造成很大的損失。還有的轉(zhuǎn)子線匝局部未銑風孔或風量不合格造成嚴重過熱引起匝間短路。2. 3. 1匝間短路的二維分析模型 轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路故障時，會使磁勢局部損失，故障部分的磁勢峰值和平均值均會減小，此時可認為是等效的磁勢反作用于故障磁極主磁場的磁勢上。階梯波磁動勢的最大值為，其是轉(zhuǎn)子線圈每極的匝數(shù)，為勵磁電流。因此，某槽內(nèi)一旦發(fā)生匝間短路，槽內(nèi)安匝數(shù)目發(fā)生變化，齒頂漏磁將隨之發(fā)生變化。圖31微分電路 Differential circuit 輸出電勢的大小和時間常數(shù)CR及輸入電勢。探測桿前端采用絕緣棒制成，是考慮到金屬管經(jīng)過線棒時，可能會觸及發(fā)電機定子線圈，發(fā)生意外事故。(l) 觀察示波圖與槽對應(yīng)的各波峰的包絡(luò)線是否連續(xù)平滑，凡在兩個半周(指基波而言)的包絡(luò)線對應(yīng)各槽的波峰出現(xiàn)凹縮者，即認為對應(yīng)的槽中存在短路匝。所以應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組存在的匝間短路，掌握故障的嚴重程度，盡可能及時排除故障，而不使它進一步惡化，造成更大的損失。圖38和圖39是主變事故前后的徑向探測線圈波形。 故障判斷由于運行中轉(zhuǎn)子繞組匝間短路點的短接電阻分散性較大，其分流程度不同，整槽安匝的變化，不僅與短路匝數(shù)有關(guān)，而且與短路點的接觸電阻大小有關(guān)。 探測線圈一般是將絕緣棒的一端車一個小槽，并用高強度的漆包線纏繞。如果在氣隙中置放一段與轉(zhuǎn)子軸向平行的導(dǎo)線，導(dǎo)線兩端產(chǎn)生的電勢為 （32）因為 （33）所以 （34）式中，L為氣隙中置放導(dǎo)線的有效長度(米)；v為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度(米/秒)；B為氣隙中的磁通密度(韋伯/米)；W為氣隙磁通，包括和，S為磁通通過的面積。實際中發(fā)電機轉(zhuǎn)子表面總是開槽的，有齒部和槽部，而且轉(zhuǎn)子齒部和槽部的磁導(dǎo)不同，這也將影響磁場的分布。根據(jù)上面的式子可以得到氣隙磁場分量。轉(zhuǎn)子鐵芯電氣故障有負序電流引起的轉(zhuǎn)子過熱燒損故障；其機械故障主要有轉(zhuǎn)子護環(huán)開裂事故等。有的轉(zhuǎn)子端部繞組固定不牢，墊塊松動。美國西屋公司是采用將探測線圈的感應(yīng)電動勢積分得出磁通波形，然后再用于分析和判斷；英國原GCE公司是采用電動勢波形的諧波分析方法，認為正常時只存在奇次諧波，若存在偶次諧波則說明發(fā)生了匝間短路；日立公司的判斷原則是：如果兩極對應(yīng)點的電壓波形幅值的比值SN/，認為是正常的，否則可能存在匝間短路。實驗證明，當磁性槽楔下的線圈發(fā)生匝間短路時，此方法反映不靈敏。目前對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的檢測方法主要分為靜態(tài)檢測和動態(tài)檢測兩種[]。 發(fā)電機故障診斷技術(shù)的發(fā)展狀況早期的故障診斷主要依靠人工經(jīng)驗，如：看、聽、觸、摸等方法進行診斷，具有一定的局限性。人們的生活和生產(chǎn)水平迅速提高，使得電能需求量日益增長，進而對電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量、可靠性及經(jīng)濟性等指標的要求也不斷提高。據(jù)統(tǒng)計資料表明，發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障并不會影響機組的正常運行，所以常常被忽略，但是如果任其發(fā)展，轉(zhuǎn)子電流將會顯著增加，繞組溫升過高，無功輸出降低，電壓波形畸變，機組振動加劇，并且還會引起其它的機械故障，嚴重時還會影響發(fā)電機的無功出力。一些故障診斷裝置在實際的應(yīng)用中存在診斷結(jié)果準確性差的問題，“漏診”和“誤診”現(xiàn)象時有發(fā)生。利用一只開口變壓器和槽齒構(gòu)成閉合磁路，測量轉(zhuǎn)子各槽上漏磁通引起的感應(yīng)電壓。根據(jù)諧波的峰值和谷值的高度變化來確定短路匝數(shù)的多少和短路點的位置，這就是阿爾布萊特的方法和內(nèi)容。其結(jié)構(gòu)如下圖；1軸連器 2外風扇 3軸 4內(nèi)風扇坐環(huán) 5護環(huán) 6轉(zhuǎn)子本體圖21汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子實物圖 Steam turbine generator rotor real figure 轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路的原因發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路的原因比較復(fù)雜，包括制造和運行兩個方面的原因。例如某臺國外的200WM氫冷發(fā)電機，由于油污、灰塵和氣體的影響，使其端部線圈短路。參數(shù)Yn不但含有鐵芯深度的影響，也包含了相對導(dǎo)磁率的影響。當勵磁繞組中通入電流時，產(chǎn)生兩種磁場，其一為主磁場，即通過氣隙和定子鐵芯交鏈的磁場；其次為轉(zhuǎn)子漏磁場，其表現(xiàn)形式主要為轉(zhuǎn)子的齒頂漏磁，這種漏磁主要分布在轉(zhuǎn)子表面附近，它不通過定子鐵芯，僅與轉(zhuǎn)子繞組本身相交鏈[5]。 探測線圈法的測試原理 發(fā)電機在運行時，轉(zhuǎn)子繞組通入的直流勵磁電流所產(chǎn)生的磁通可由下式表示： （31）式中F一磁勢。3. 2探測線圈的結(jié)構(gòu)及置放探測線圈一般裝設(shè)在發(fā)電機的氣隙中，將探測線圈裝在探測管上，并從發(fā)電機外殼打孔經(jīng)定子鐵芯通風溝插入氣隙，并適當?shù)卣{(diào)節(jié)探測線圈靠近轉(zhuǎn)子的距離。通常情況下，傳感器從發(fā)電機機殼外側(cè)中心水平線以下穿入氣隙，謹防在運行中由于傳感器安裝不牢掉進氣隙，碰觸到高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子釀成事故。