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　　摘要：
　　
　　0引言
　　
　　轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障是發(fā)電機常發(fā)生的故障之一，由于對機組正常運行影響不大或故障特征不明顯，經(jīng)常被忽略，但長期運行下去，匝間短路故障會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子線圈1點甚至2點接地，而且發(fā)電機長期運行在故障狀態(tài)也會對其壽命產(chǎn)生影響，導(dǎo)致惡性事故的發(fā)生，因此進行匝間短路故障早期預(yù)報是十分必要的。目前，國家標(biāo)準(zhǔn)制定了檢測轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障的方法：測量轉(zhuǎn)子靜態(tài)下交流阻抗和轉(zhuǎn)子動態(tài)下氣隙線圈探測。第1種方法是離線檢測，第2種方法在發(fā)電機空載和三相短路時效果較明顯，而在發(fā)電機正常運行時，由于電樞反應(yīng)，效果受到影響。為了克服其不足，本文對汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈匝間短路的故障機理進行了深入分析，確定了故障征兆，找到了一種根據(jù)發(fā)電機已有的在線電氣監(jiān)測數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)子匝間短路故障診斷的方法。
　　
　　1發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障機理分析
　　
　　1．1故障原因
　　
　　汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，且受非常大的電磁力及機械力作用，匝間短路故障可以說是一種比較常見的故障，發(fā)生這種故障的主要原因有：
　　
　　a．發(fā)電機啟、停時的離心力或負(fù)荷變化所引起的熱脹冷縮，使轉(zhuǎn)子線圈發(fā)生位移、變形或局部絕緣損壞，造成匝間短路，尤其對調(diào)峰運行的發(fā)電機，更應(yīng)引起注意。
　　
　　b．檢修或運行時，在轉(zhuǎn)子繞組的通風(fēng)槽內(nèi)落入異物，造成轉(zhuǎn)子線圈匝間短路。
　　
　　c．制造質(zhì)量較差，轉(zhuǎn)子線圈有毛刺或留有異物顆粒等，都可能在運行中導(dǎo)致轉(zhuǎn)子線圈匝間短路。
　　
　　雖然發(fā)電機在輕微轉(zhuǎn)子匝間短路故障時仍可在一定條件下堅持運行，但當(dāng)發(fā)展到一定程度時，會因匝間短路，減弱發(fā)電機有效磁場，在同樣運行工況下需要較大的勵磁電流，甚至可能因此而降低發(fā)電機的出力，或由于不對稱短路導(dǎo)致振動加劇。此外，短路點處的局部過熱可能使故障進一步擴大為轉(zhuǎn)子繞組接地故障[1]。
　　
　　1．2轉(zhuǎn)子匝間短路電磁特性分析某熱電廠QFNS-200-2型發(fā)電機由于第1、第2線圈未墊絕緣片，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障，進行測量轉(zhuǎn)子靜態(tài)下交流阻抗及功率損耗試驗，整體繞組交流阻抗及功率損耗測量值見表1。原因在于在匝間短路時，在交流電壓作用下，流經(jīng)短路線圈中的短路電流比正常線圈中的電流大，并有強烈的去磁作用，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子整體繞組交流阻抗下降，功率損耗增加，從而在發(fā)電機并網(wǎng)運行時，限制了發(fā)電機無功出力[1,2]。　　當(dāng)發(fā)電機正常運行時，氣隙磁勢在載流導(dǎo)體處發(fā)生跳躍，轉(zhuǎn)子磁勢的空間分布應(yīng)為階梯形，可以近似認(rèn)為是梯形，但當(dāng)故障發(fā)生時，有短路匝的磁極的磁勢產(chǎn)生局部損失，磁勢峰值和平均值減小，因此匝間短路時可以認(rèn)為是退磁的磁勢分布，即短路等效磁勢反向作用在有短路的磁極主磁場的磁勢上。總之，轉(zhuǎn)子的短路效應(yīng)會導(dǎo)致磁場相對減弱。在正常條件下，如果轉(zhuǎn)子繞組磁勢用F。表示，短路線匝產(chǎn)生的磁勢用△F表示，則匝間短路發(fā)生后轉(zhuǎn)子磁勢變?yōu)镕＝Fo-△F。因此，轉(zhuǎn)子匝間短路雖然引起轉(zhuǎn)子電流的增大，但無功卻相對減小，這可作為識別轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路故障的一個明顯的特征[3,4]。
　　
　　從文獻(xiàn)[5]提供的SQF-1OO-2型發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障的監(jiān)測數(shù)據(jù)，證實了轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障引起無功相對減小的論斷。
　　
　　1．3故障診斷數(shù)學(xué)模型
　　
　　在分析發(fā)電機磁場時，往往認(rèn)為磁場是不飽和的，磁通勢全部消耗在氣隙中。在發(fā)電機不飽和時，發(fā)電機鐵心處在B-H曲線的直線部分，發(fā)電機的勵磁電流和空載電壓的關(guān)系也處于線性段，這時的鐵心磁阻較小，相對于氣隙磁阻來說，或可以忽略，或可按鐵心磁阻與氣隙磁阻的比值將氣隙放大，或按實驗的空載特性線性段來加大氣隙長度。當(dāng)發(fā)電機運行在進相狀態(tài)時，磁場也是不飽和的，這種情況的匝間短路故障診斷方法可見文獻(xiàn)[3]，但是發(fā)電機通常運行在正常勵磁或過勵狀態(tài)，氣隙磁場處于飽和狀態(tài)，這時鐵心磁阻的作用明顯增強，文獻(xiàn)[3]提出的轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障診斷數(shù)學(xué)模型會產(chǎn)生較大誤差，本文提出了一種考慮飽和影響的方法。
　　
　　發(fā)電機并網(wǎng)帶負(fù)載運行時，其氣隙磁場幾由勵磁磁動勢Fδ和電樞反應(yīng)磁動勢Fa共同建立，F(xiàn)f+Fa=Fδ，即Ff＝Fδ-Fa。因此，發(fā)電機勵磁電流包括兩部分：一部分建立氣隙磁場勵磁電流ifo，另一部分抵消電樞反應(yīng)磁場的等效勵磁電流ifao。ifo為發(fā)電機空載特性曲線上Eδ所對應(yīng)的勵磁電流，ifa可由負(fù)載電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁動勢換算為等效勵磁磁動勢kaFa求得，其中ka為換算系數(shù)。
　　
　　圖1是發(fā)電機正常運行條件下調(diào)節(jié)勵磁電流時的發(fā)電機氣隙電勢及電樞電流變化的相量圖，漏磁場不受飽和的影響。　　
　　2診斷算例
　　
　　在已知電壓、電流、無功等電氣狀態(tài)監(jiān)測量的條件下，利用上述公式計算發(fā)電機正常狀態(tài)（良好狀態(tài)）下的勵磁電流if，這個計算的勵磁電流就是*時的勵磁電流。采用山東某發(fā)電廠QFSN-300-2水氫氫汽輪發(fā)電機進行驗證，發(fā)電機參數(shù)為：xδ＝0．117，ω1＝9，ωf＝80，kω1＝0．921，ka=1．05。發(fā)電機電氣狀態(tài)監(jiān)測量在線記錄數(shù)據(jù)及計算結(jié)果如表2所示。
　　
　　表2是QFSN-300-2型發(fā)電機正常運行狀態(tài)時計算的α，分雖是0.7%和0.9%。表3是SQF100-2型汽輪機發(fā)生匝間短路故障（轉(zhuǎn)子繞組勵側(cè)第18糟短路13匝及汽側(cè)第7糟短路2匝）的α，分別是7.2%，9.0%和4.0%。　　
　　3結(jié)束
　　
　　本文分析了汽輪發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路時發(fā)生勵磁電流增加而無功卻相對減小的故障特征，并在考慮發(fā)電機鐵心磁場飽的條件下，建立了轉(zhuǎn)子線圈匝間短路故障診斷數(shù)學(xué)模型，計算匝間短路對無功輸出的影響，進而建立在線識別轉(zhuǎn)子匝間短路故障的判據(jù)，并采用現(xiàn)專長匝間短路故障記錄數(shù)據(jù)加以驗證。