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同步发电机转子绕组匝间短路测量方法
时间：2019-09-07
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。
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。
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。
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。 |
||||||||
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。
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
|
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。
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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