大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价专家讲座

大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障诊疗与评价

大亚湾核电运行管理有限企业

技术部RCA组关建军

11/8/20261大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第1页1.转子绕组匝间短路特点

2.匝间短路故障检测方法及特点

3.对转子匝间短路故障诊疗方法评价

4.转子匝间短路故障诊疗实例

5.转子绕组匝间短路故障定位

6.怎样提升匝间短路故障诊疗有效性

7.结论目录11/8/20262大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第2页1)匝间短路故障在转子电气绝缘事故中占较大百分比。——达80%2)转子匝间短路故障危害：绝缘烧损接地线棒变形或烧熔烧坏护环大轴磁化烧伤轴颈和轴瓦转子本体烧损（毁)1.转子绕组匝间短路特点11/8/20263大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第3页3)匝间短路表现：转子电流显著增加发电机组无功出力降低绕组温度升高电压波形畸变发电机组轴系振动增大轴电压升高4)匝间短路通常分为两类：与运行（转速和温度)相关非稳定性匝间短路与运行无关稳定性匝间短路——这些现象是转子匝间短路已显著出现时特征——当代检测技术更重视于匝间短路故障早期诊疗。1.转子绕组匝间短路特点（续)11/8/20264大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第4页2.匝间短路故障检测方法及特点1)按照检测方式分类：机组停运状态下静态检测（离线检测)机组运行状态下动态检测（在线检测)2)检测方法：——离线检测交流阻抗法和功率损耗法极平衡检验法直流阻抗法开口变压器法交流或直流匝间压降法RSO重复脉冲法（冲击脉冲法)11/8/20265大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第5页2.匝间短路故障检测方法及特点(续)——在线检测对动态匝间短路检测采取有不一样转速下交流阻抗测量法极平衡电压法探测线圈波形法励磁电流相对改变率识别法轴接地电流诊疗法3)应用情况：

探测线圈波形法在300MW及以上发电机中已广泛使用而对RSO试验(冲击脉冲法)当前国内应用较少。11/8/20266大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第6页2.匝间短路故障检测方法及特点(续)RSO试验（冲击脉冲法)应用是波过程理论（行波技术)，当信号发生器发出低压脉冲信号（行波)沿绕组传输到阻抗突变点时，会造成反射波和透射波出现，由此会在检测点测得与正常回路无阻抗突变时不一样响应特征曲线。此方法是基于绕组沿线波阻抗改变来进行检测。匝间短路程度经过故障点处波阻抗改变大小来反应，显示在示波图上能够用两个响应特征曲线合成平展程度来判定，有突起地方说明匝间存在异常，而且突起波幅大小就表明短路故障严重程度。所以，即使绕组出现一匝短路故障，应用RSO技术对故障甄别也有很高灵敏度。11/8/20267大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第7页2.匝间短路故障检测方法及特点(续)气隙波形检测技术是基于发电机转子励磁电流所产生主磁通和槽中漏磁通密度测量，探测线圈测得电压尖脉冲是槽内有效匝数槽漏磁和气隙磁通密度波形畸变合成。当探测线圈距转子表面距离越小，则测量到感应电压就越高（灵敏度就越高)。所以，气隙探测线圈实际安装距离对检测结果及分析影响很大。而气隙磁通密度波形畸变因数在气隙磁通密度过零处是最小。当发电机开路时气隙磁通密度是在正交轴线处过零，伴随负荷增加过零从正交轴线逐步超前于磁极，其现象与功角随负荷移动类似。所以，在发电机负荷大小使气隙波形过零点对应在绕组短路匝位时，采取气隙波形检测匝间短路才有最大灵敏度。11/8/20268大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第8页2.匝间短路故障检测方法及特点(续)11/8/20269大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第9页2.匝间短路故障检测方法及特点(续)转子匝间短路诊疗技术包括到两个方面问题:一是转子匝间短路早期发觉；二是匝间短路故障定位。

能够较早地发觉转子匝间短路方法就是RSO重复脉冲法（RepetitiveSurgeOscillograph)和气隙探测线圈波形测量法。

这两种方法理论上能够检测几匝范围内匝间故障甚至可测到某一匝绕组短路故障。所以，能够较准确确实定在转子绕组匝间短路详细线圈或详细槽位。

其它方法适合用于较严重匝间故障检测或匝间故障点定位。11/8/202610大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第10页3.对匝间短路故障诊疗方法评价1)匝间短路故障状态模式：

对匝间短路故障诊疗技术特征进行比较和评价，将转子绕组匝间短路故障状态模式定义为三个阶段：萌芽期发展期故障期。11/8/202611大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第11页3.对匝间短路故障诊疗方法评价（续)萌芽期（Embryonicstage)：转子绕组匝间出现初始异常征兆，但传统检测方法并不能发觉这种异常。机组运行也未受到影（发电机组振动、励磁电流、机组无功及轴电压等均符合正常运行工况)。匝间故障能够表现为局部过热、匝间以稳定高阻短路、或匝间绝缘间存在油污、漆片等污染物。这种情况能够保持相对较长时期，如3年、5年或更长时间。在这种模式下机组能够在满发状态下保持连续运行。这种故障征兆会因为污染物脱落而减轻，有不稳定特征。经过大修吹扫或采取特殊材料（干冰)清洗有可能消除或减轻这种匝间异常现象。11/8/202612大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第12页发展期(Developingstage)：发展期指得是匝间短路已经能够经过一些传统方法判别。这种状态下机组运行已经出现异常，匝间短路基本或已经具备稳定特征。发电机运行情况下出现振动增大、机组励磁和无功受到影响等，但运行工况限制还未突破，在限制负荷和有效监督等保护办法下来控制机组运行状态，可维持机组在短期内（几个月至一年)为电站经济效益和大修统筹而带病运行。如某600MW发电机组，运行中发觉转子绕组发生匝间短路，运行表现为振动大、无功降低等，在维持机组运行达6个月后，机组进入年度大修，解体转子绕组发觉存在大范围匝间短路。3.对匝间短路故障诊疗方法评价（续)11/8/202613大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第13页故障期(Failurestage)：绕组匝间绝缘已经出现显著严重短路征兆，发电机组振动超标、无功严重降低（励磁电流超出额定要求)、转子温度高等异常运行工况已经危机发电机组安全运行，甚至包含已经促发转子接地等故障发生。这种情况下随时会造成设备严重损坏并出现事故扩大。所以，这种状态下要求机组马上停机进行故障处理和全方面检修。

3.对匝间短路故障诊疗方法评价（续)11/8/202614大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第14页3.对匝间短路故障诊疗方法评价（续)序号

检测方法

对故障状态模式检测效果

特点与评价

萌芽期发展期故障期

1RSO试验有效

有效

有效

静态检测，试验方法简单，灵敏度高，定位到槽。

2气隙波形检测法

不显著有效

有效

动态检测，依赖数据处理技术和教授可诊疗萌芽期故障模式。在15%-30%匝间短路状态有足够灵敏度。3匝间压降法（交流或直流）

不显著有效

有效

静态检测，试验较复杂，灵敏度很高。可定位。

4交流阻抗及损耗法

无效

有效

有效

静态、动态检测，改变超出5%以上能检测。不能定位。5单开口变压器法

不显著有效

有效

静态检测，准确度较高，可定位到槽。

6双开口变压器法

不显著不显著有效静态检测，比喻法5简单，准确度较高，可定位到槽。7直流电阻法

无效

有效

有效静态检测，对萌芽期、发展期检测效果差，不能定位。

8发电机空载或三相稳定短路法

无效

有效

有效动态专题试验，灵敏度差，不能定位。11/8/202615大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第15页2号机组从1999年12月第六次大修RSO试验中发觉匝间绝缘存在异常。分析在Z极8号线圈第1至2匝位置可能存在匝间短路。随即对Opp.Z极第8号线圈上两匝进行模拟短路试验，观察Opp.Z极波形改变，发觉它与Z极波形几乎完全重合。期间对转子绕组进行交流阻抗试验（膛内、外)，试验结果正常。这也表明阻抗法对大型发电机转子匝间短路检测是不敏感。到机组年第八次大修匝间短路发生前缺点发展迟缓，与最初异常波形相比改变不是很显著。

4.转子匝间短路故障诊疗实例11/8/202616大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第16页年3月12日2号发电机出口发生两相短路，故障冲击加速了匝间短路发展。2号机组故障前后启停期间气隙波形发觉有较显著匝间短路现象，RSO试验也发觉显著匝间短路现象。故障后转子RSO波形（见图1所表示)与第八次大修结果相比响应特征曲线已经有所改变。到3月27日发电机开启后出现接地故障，停机检测RSO波形，如图2所表示，发觉绕组第7和第8匝已显著存在匝间短路现象（解体检验证实匝间短路发生)。依据电站转子匝间短路故障检测历史经验总结，可认为RSO试验能够覆盖匝间故障发展三个阶段过程检测，气隙波形检测则能够有效检测后两个阶段故障，而作为其它传统检测方法仅用于在短路故障发展期后期以及故障期时有比很好效果。4.转子匝间短路故障诊疗实例（续)11/8/202617大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第17页4.转子匝间短路故障诊疗实例（续)11/8/202618大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第18页始端末端

7、8槽4.转子匝间短路故障诊疗实例（续)始端末端2槽第2槽始端末端11/8/202619大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第19页4.转子匝间短路故障诊疗实例（续)图1.12月出口故障前径向探测线圈波形图2.3月出口故障后径向探测线圈波形

11/8/202620大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第20页4.转子匝间短路故障诊疗实例（续)1#generator

11/8/202621大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第21页5.转子绕组匝间短路故障定位当发电机转子绕组出现匝间短路故障并经分析确认需要解体修复时,对短路故障点位置准确定位就显得极为主要。除了RSO试验和气隙波形检测能够判断故障点在那一槽外,两极电压平衡检验、单开口变压器法、双开口变压器法和直流或交流压降法均可在不一样程度对故障位置进行判别。采取交流或直流压降法能够很有效实现短路点定位。尤其是在转子绕组存在多点匝间短路故障情况下采取电压降法更为方便和准确。

11/8/202622大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第22页5.转子绕组匝间短路故障定位

Z极第7号线圈Opp.Z极第7号线圈

励端A点励端B点汽端C点汽端D点励端A点励端B点汽端C点汽端D点1-2匝164.5172.4169.1169.260.869.266.0266.62-3匝174.5179.5177.1177.145.940.053.553.63-4匝186.0187.1187.8187.718.244.234.233.64-5匝186.0184.0184.0185.020.316.23.34.55-6匝186.0124.0183.0184.043.221.135.034.86-7匝183.0163.0178.0178.055.243.349.649.87-8匝173.0152.0167.0168.060.154.458.857.811/8/202623大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第23页5.转子绕组匝间短路故障定位对匝间故障短路点定位,采取交流压降法和采取直流压降法都能够比较准确实现故障定位。国内普通普遍做法是采取直流压降法进行查找故障点。对于现在大型汽轮发电机组,只要借助于尤其检测工具完全能够在不拔转子护环条件下对转子绕组进行电压降测量。经过压降法检测数据能够按照绕组线圈长度计算短路点详细位置,对于存在多处匝间短路故障,也能够经过上面例子中电压降差异进行判断。11/8/202624大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第24页6.提升匝间短路故障诊疗有效性存在问题:发电机气隙波形检测给出是一定负荷下磁通密度合成，当前对检测波形处理和分析方法上国内外还未形成统一标准。因为负荷条件不一样其磁场畸变因数影响也不相同，从而轻易造成误判断。

当前国内外有都有软件实现对气隙波形定量化分析。11/8/202625大型汽轮发电机组转子绕组匝间短路故障的诊疗和评价第25页6.提升匝间短路故障诊疗有效性（续)采取在线检测技术:为提升发电机气隙波形检测有效性，宜采取在线检测技术，即使用计算机系统对信号进行实时采集和数据处理，经过对应分析软件对检测结果进行分析和计算