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发电机转子绕组匝间短路测量方法

    转子绕组匝间短路是发电机一种常见的故障,但处理故障是比较麻烦的,而匝间短路不但会影响出力,而且会引起振动,因此,对此应加以重视。在《预规》中要求的测试交流阻抗及损耗,测试直流电阻,空载和短路试验往往还不能作为最终制定依据,根据匝间短路的性质(静态或动态)可以用感应电动势相量法和微分探测线圈法来进行判定。
       一、测量方法
       1、感应电动势相量法
       感应电动势相量法是利用开口变压器测量绕组中所感应的电压(电流),其大小和相角与线槽上漏磁大小和相角有关,将各槽上测得的感应电压(电流)大小和相角相互比较,就可以判定转子绕组有无匝间短路,且可确定相应的槽号。其测量方法如下:
       (1)单开口变压器。单开口变压器接线如图1-1所示,将开口变压器置于转子中部,顺次在各槽上测量,调节移相器及记下移相器和真空管电压表读数,作出转子各绕组的相量图。

单开口变压器试验接线
图1-1 单开口变压器试验接线
OC一双踪示波器;PV2一空管毫表;
PV1一电压表;T一开口变压器;AV一调压器

       (2)双开口变压器。双开口变压器接线如图1-2所示,在同一线槽或同一绕组对应的两个槽上各放两个开口变压器,一为发射变压器(可加1000~2000安匝工频电源),一为接收变压器。在良好槽中,接收绕组的感应电压零,有短路匝的则感应出电压。
       目前这种测试仪器在国内已有生产,如我公司生产的ZC-401A 发电机转子交流阻抗测试仪
       2、微分探测线圈法
       微分探测线圈法是转子在旋转时进行动态测试,其基本原理是对发电机的旋转磁场进行微分,根据波形来分析有无匝间短路及故障的槽位。其测量方法如下:
       制作微分探测线圈(用有机玻璃框绕制线圈,线径一般为Φ0.06~Φ1mm,匝数为50~300匝)将绕好的线圈嵌入一根Φ10mm的调管顶端,将引线绞成麻花状从铜管中引出。然后将测杆插入定、转子的空隙中(从铁芯背部通风孔中插入,必须固定牢固,防止移动而碰旋转的转子),用示波器录制气隙磁密波形。小线圈输出的电动势为气隙磁密微分的结果,即
              e=-ωs(dB/dt)           (1-19)
       式中 ω一一小线圈匝数;
               s一一小线圈面积。
       由波形的变化可以进行判断。

双开口变压器试验接线
图1-2 双开口变压器试验接线

       二、实例说明
       1、实例1-1 转子绕组匝间短路的测试。
       某电厂一台100MW发电机,双水内冷,转子实槽28个,每极匝数为92。大槽匝数14(双排),小槽匝数8(双排分布)额定转速3000r/min。在带负荷时出现了振动,且随负荷增加而上升,从历年直流电阻及交流阻抗试验已有匝间短路征兆,为了进一步判定进行了感应电动势相量法测试和微分线圈探测测试,测试结果如下。
       (1)感应电动势相量法。感应电动势相量法的测试数据见表1-1。

表1-1 测试数据(换向电源380V、转子加压130V、转子电流12A、cosφ=1)
槽       号 Wab Wbc Wca 槽       号 Wab Wbc Wca
1 1.06 4.40 -5.56 28 1.04 4.64 -5.64
2 2.36 5.90 -8.30 27 2.50 6.12 -8.64
3 2.80 6.50 -9.30 26 2.70 7.32 -10.0
4* -0.60 -13.2 13.7 25* 0.10 -18.4 18.4
5 3.20 6.30 -9.70 24 2.84 7.76 -10.6
6 3.36 5.50 -8.80 23 3.72 5.76 -9.40
7 3.26 4.96 -8.20 22 3.30 5.32 -8.70
8 3.20 4.70 -8.00 21 3.30 5.04 -8.40
9 3.30 4.64 -7.92 20 3.20 4.76 -7.96
10 3.30 4.36 -7.70 19 3.24 4.72 -8.00
11 3.50 4.24 -7.70 18 3.16 4.60 -7.76
12 2.92 4.60 -7.56 17 3.00 4.70 -7.64
13 2.24 4.76 -7.10 16 2.36 4.74 -7.06
14 0.76 3.52 -4.30 15 0.96 3.20 -4.16
  注:也可用功率相量来说明感应电动势的相量。
  *表示4、25槽(为同一线圈)有匝间短路。
功率相量投影图
图1-3 功率相量投影图

       用表1-1的数据作相量投影图,如图1-3所示。
       根据表1-1和图1-3可看出,4、25号槽(为同一线圈)有匝间短路现象(反相)。
       (2)微分线圈探测法。微分线圈探测法分在空载和短路状态下测试。所测得的波形如图1-4及图1-5所示。使用Φ6mm,300匝线圈,引线接至SC-16光线示波器。
       由图1-4及图1-5可见,两槽波峰明显发生了畸变(即4 - 25槽)说明动态下也有匝间短路,这与静态分析是一致的。

载状态下气隙磁密曲线              短路状态下气隙磁密曲线
图1-4 空载状态下气隙磁密曲线                图1-5 短路状态下气隙磁密曲线

       经解体(拔去护环)后发现,匝间短路在线圈端部,第25槽中1匝和13匝间严重短路,属于排间短路。另7~22槽有轻度匝间短路(过去用感应电动势法曾测得有短路),但由于在超速中的离心力作用使匝间发生位移而消失。在处理后又进行了测试,波形已正常,测试结果见表1-2,功率相量亦无反相情况。此外还做了直流电阻及交流阻抗测试,结果也完全正常。转机后机组的振动值均在规程规定范围内。证明机组基本上恢复了正常工况。

表1-2 测试数据(换向电源380V、转子加压130V、转子电流11A、cosφ=1)
槽       号 Wab Wbc Wca 槽       号 Wab Wbc Wca
1 -3.20 -1.00 4.20 28 -3.20 -1.00 4.20
2 -4.00 -2.20 6.40 27 -4.00 -2.30 6.40
3 -3.86 -3.00 6.80 26 -4.40 -2.80 7.20
4 -4.00 -3.20 7.20 25 -1.40 -4.40 5.80
5 -3.00 -3.60 6.60 24 -4.40 -2.80 7.20
6 -3.70 -3.10 7.00 23 -3.40 -3.50 6.90
7 -3.70 -3.00 6.80 22 -3.80 -3.00 6.80
8 -3.60 -3.00 6.60 21 -3.60 -3.00 6.60
9 -3.70 -3.00 6.80 20 -3.60 -2.90 6.50
10 -3.80 -3.00 6.60 19 -3.60 -2.90 6.50
11 -3.30 -3.20 6.60 18 -3.60 -2.80 6.40
12 -3.80 -2.60 6.40 17 -3.80 -2.70 6.40
13 -3.80 -2.00 6.00 16 -3.90 -2.00 6.00
14 -3.00 -0.70 3.70 15 -2.60 -1.00 3.60

       2、实例1-2 转子绕组匝间短路测试
       某电厂一台300MW发电机,水氢氢,转子共有40个分度不同的槽,其中12个为阻尼槽,28个为三阶梯形转子绕组槽。转子绕组为每槽九层,每极占14个槽,两极共126匝,每匝绕组由冷拉铜线分十段焊在一起,匝间绝缘为0.38mm。
       该机在《预试》中发现直流电阻和交流阻抗变化后,用探测线圈法在空载和短路下进行了测试。波形图如图1-6及图1-7所示。从波形中可见转子两极的4个大套均有短路现象,尤其是其中某一极的次大套绕组有严重匝间短路。

空载波形  短路波形
图1-6 空载波形                                                 图1-7 短路波形

       在转子抽出后又做了双开口铁芯检测试验。发射铁芯放在被测线圈某一槽上,通以30A交流电电流,接收铁芯放在被测线圈另一槽上,并外接毫伏表和示波器,对14套线圈逐一测试,测试数据见表1-3。

表1-3 双开口铁芯法测试数据
转子极面 线圈(套) 测量电压(mV) 转子极面 线圈(套) 测量电压(mV)
A极面 4~37 50 A极面 11~30 9000
5~36 30 12~29 1000
6~35 40 13~28 8500
7~34 2000 14~27 12000
8~33 12000 15~26 20
9~32 12000 16~25 20
10~31 9000 17~24 25

       从表1-3数据可见,7~34、8~33、9~32.10~31、11~30、12~29、13~28及14~27共8套线圈比其他的线圈电压高1000倍以上,故认为存在匝间短路现象,这和动测法(微分线圈探测法)是一致的。
       为了进一步查找故障点,该机采用了直流压降法。
       (1)匝间压降法。即取下护环,拆除端部绝缘,通50~100A直流电流到转子绕组,对有匝间短路的8套线圈,分别测量每匝线圈间的压峰,如发现异常时,增加测点,根据分布规律,对可疑点增加测点,直至测出压降最低点,即为短路点。这种方法适用于一匝只对另一匝短路。
       (2)对于多匝线圈同时出现匝间短路的,可以采用分段压降法,即把线圈分为几个对称等长段,测量压降(如4段)比较等段长压降值,其正常值与异常值的交界点便为短路点。
       通过以上两种方法共找出17个短路点(其中3套线圈的7个短路点是用分段压降法找出的)。

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