大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障是轉(zhuǎn)子故障中發(fā)生頻率較高的一種故障。其產(chǎn)生或發(fā)展的原因有多種：轉(zhuǎn)子生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的匝間短路多是因?yàn)檫z留在轉(zhuǎn)子線圈中的異物刺破轉(zhuǎn)子匝間絕緣產(chǎn)生的；運(yùn)行過(guò)程中的匝間短路則多是由于運(yùn)行過(guò)程中異物進(jìn)入轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子局部冷卻不足導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子絕緣燒毀等原因?qū)е碌摹?/p>

早期輕微的轉(zhuǎn)子匝間短路其危害并不嚴(yán)重，但如不能盡早發(fā)現(xiàn)和處理，嚴(yán)重的匝間短路將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的局部發(fā)熱、振動(dòng)增高，甚至?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)子接地故障的發(fā)生。

目前國(guó)內(nèi)大部分電站對(duì)轉(zhuǎn)子匝間短路的診斷多采用傳統(tǒng)的方法，如測(cè)量轉(zhuǎn)子直流電阻、交流阻抗、測(cè)量轉(zhuǎn)子線圈的電壓分布、開口變壓器法、測(cè)量轉(zhuǎn)子氣隙波形等來(lái)進(jìn)行。大亞灣核電站采用從英國(guó)制造廠家引進(jìn)RSO試驗(yàn)技術(shù)，多年來(lái)成功的檢測(cè)了多起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子早期的匝間短路故障，為及時(shí)處理發(fā)電機(jī)匝間短路故障贏得了寶貴時(shí)間。

1 RSO試驗(yàn)技術(shù)與方法

1.1 RSO試驗(yàn)原理

RSO試驗(yàn)的原理是利用一個(gè)快速的陡波注入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈，并在轉(zhuǎn)子線圈的注入端監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子線圈的反射波的波形來(lái)判斷轉(zhuǎn)子線圈是否存在匝間短路點(diǎn)的方法。

其試驗(yàn)方法通常是用一個(gè)波形發(fā)生器輪流在轉(zhuǎn)子線圈的兩端觸發(fā)陡波（一般觸發(fā)的頻率是60ms），然后比較在轉(zhuǎn)子線圈兩端測(cè)得的波形。如果兩者波形完全一致，則說(shuō)明轉(zhuǎn)子不存在匝間短路，反之，則說(shuō)明轉(zhuǎn)子可能在某處存在匝間絕緣缺陷。RSO試驗(yàn)原理接線見圖1。

圖1 RSO試驗(yàn)原理示意圖

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

一般說(shuō)來(lái)，RSO試驗(yàn)時(shí)要錄以下幾種波形：分離波、相減波和傳播時(shí)間，見圖2、圖3和圖4所示。

圖2分離波

圖3 相減波

圖4 傳播時(shí)間

根據(jù)檢測(cè)的波形，結(jié)果判斷如下：

1）前兩種波形用來(lái)判斷轉(zhuǎn)子匝間短路是否存在，第三個(gè)波形用來(lái)判斷匝間短路所在的位置。

2）當(dāng)兩個(gè)分離波波形完全一致或相減波呈一條直線時(shí)，表明轉(zhuǎn)子匝間短路沒(méi)有問(wèn)題。反之，則說(shuō)明轉(zhuǎn)子可能在某處存在匝間絕緣缺陷。

3）傳播時(shí)間是只在轉(zhuǎn)子一端單獨(dú)觸發(fā)，在轉(zhuǎn)子兩端分別測(cè)得的波形，用于測(cè)量觸發(fā)脈沖波在轉(zhuǎn)子線圈中的傳播時(shí)間。當(dāng)轉(zhuǎn)子有匝間絕緣異常，可與相減波結(jié)合用于判斷匝間短路的具體位置。圖5是有匝間短路時(shí)的轉(zhuǎn)子RSO波形。

圖5 轉(zhuǎn)子繞組有匝間短路時(shí)的RSO波形

1.3 RSO試驗(yàn)特點(diǎn)

如前所述，轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的傳統(tǒng)試驗(yàn)方法有：轉(zhuǎn)子直流電阻測(cè)量、交流阻抗測(cè)量、轉(zhuǎn)子線圈的電壓分布測(cè)量、開口變壓器法和轉(zhuǎn)子氣隙波形測(cè)量等。

RSO試驗(yàn)方法相對(duì)于這些傳統(tǒng)的方法而言，具有試驗(yàn)方便、快捷和非常敏感等的特點(diǎn)。

1）RSO試驗(yàn)接線簡(jiǎn)單，只需將線接到轉(zhuǎn)子勵(lì)磁滑環(huán)或?qū)щ娐葆斏暇涂蛇M(jìn)行。因此，不管轉(zhuǎn)子在膛內(nèi)或膛外均可方便地進(jìn)行試驗(yàn)。必要時(shí)加測(cè)量滑環(huán)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)也可進(jìn)行。

2）由于其試驗(yàn)電壓低并可應(yīng)持續(xù)監(jiān)測(cè)，可廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)子下線過(guò)程中全程監(jiān)測(cè)下線時(shí)轉(zhuǎn)子匝間絕緣情況；電廠也可在運(yùn)行期間用這種方法監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子在靜止或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的匝間絕緣情況。

3）RSO試驗(yàn)非常敏感，運(yùn)用這種方法可以檢測(cè)到轉(zhuǎn)子匝間高達(dá)10歐姆以上的“高阻短路”。因此，能夠及早的發(fā)現(xiàn)繞組存在的萌芽期匝間短路故障。

在運(yùn)用RSO檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的實(shí)踐中，曾多次檢查了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓分布的情況，在個(gè)別情況下，轉(zhuǎn)子電壓分布結(jié)果很正常，但RSO波形卻顯示有輕微異常。如某臺(tái)轉(zhuǎn)子在返廠檢修過(guò)程中，RSO波形如圖6顯示轉(zhuǎn)子負(fù)極7號(hào)線圈匝間有短路，但電壓分布試驗(yàn)（見表1），卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

表1 某臺(tái)轉(zhuǎn)子在返廠檢修過(guò)程中的電壓分布試驗(yàn)

轉(zhuǎn)子在試驗(yàn)平臺(tái)上經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的高速轉(zhuǎn)動(dòng)和加勵(lì)磁電流加熱膨脹后，RSO波形顯示異常更加明顯，拆開轉(zhuǎn)子線圈果然在端部找到匝間短路點(diǎn)。因此，采用RSO試驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確的判斷匝間短路所在的位置。

2 RSO試驗(yàn)的理論分析

RSO試驗(yàn)技術(shù)已開發(fā)應(yīng)用有20多年時(shí)間了?？偟恼f(shuō)來(lái)，其試驗(yàn)效果非常敏感，很輕微的匝間短路（高阻短路）均能檢查出來(lái)。但當(dāng)波形之間有微小差異，有時(shí)檢查卻發(fā)現(xiàn)線圈并不存在匝間短路的情況，這就引起了對(duì)RSO試驗(yàn)結(jié)果影響因素的研究。

對(duì)RSO試驗(yàn)結(jié)果的理論分析方法是利用多導(dǎo)體傳輸理論，首先必須建立轉(zhuǎn)子線圈的傳輸模型，用計(jì)算機(jī)對(duì)波形進(jìn)行模擬，然后與在試驗(yàn)線圈的試驗(yàn)波形進(jìn)行比較。

在研究的初期階段，用簡(jiǎn)單的導(dǎo)體對(duì)地的傳導(dǎo)模式建立的傳輸模型計(jì)算出來(lái)的波形與試驗(yàn)波形對(duì)比發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不理想。后來(lái)用陡波在電動(dòng)機(jī)線圈中的電壓分布模式建立的傳導(dǎo)模型發(fā)現(xiàn)符合得比較好。簡(jiǎn)單介紹如下：

電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)線圈模型如下：

圖6 電動(dòng)機(jī)RSO試驗(yàn)線圈模型

實(shí)際試驗(yàn)線圈如下：

圖7 實(shí)驗(yàn)室用試驗(yàn)線圈模型

下圖是試驗(yàn)波形與計(jì)算波形的比較：

圖8 試驗(yàn)線圈測(cè)量波形

圖9 試驗(yàn)線圈計(jì)算機(jī)模擬波形

初步研究結(jié)果：當(dāng)RSO試驗(yàn)波形有微小差異時(shí)，有時(shí)是因?yàn)檗D(zhuǎn)子線圈匝間有高阻抗短路，有時(shí)是由于線圈局部電容或阻抗變化不對(duì)稱引起的。有時(shí)將線圈端部壓緊都會(huì)對(duì)RSO的波形產(chǎn)生影響。更深入的分析有賴于建立更精確的數(shù)學(xué)模型，在這方面還有一定的工作要做。

3 結(jié)論

RSO試驗(yàn)具有接線簡(jiǎn)單，檢測(cè)靈敏度高，對(duì)故障準(zhǔn)確定位等優(yōu)點(diǎn)，在大亞灣核電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障的診斷中有過(guò)良好的工作實(shí)踐。因此，是一種非常有效的檢測(cè)技術(shù)，值得在國(guó)內(nèi)電站推廣應(yīng)用。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“檢測(cè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的RSO實(shí)驗(yàn)技術(shù)及其應(yīng)用分析”，作者為袁振亞。）