大型汽輪發(fā)電機轉(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)過程中出現(xiàn)的匝間短路多是因為遺留在轉(zhuǎn)子線圈中的異物刺破轉(zhuǎn)子匝間絕緣產(chǎn)生的；運行過程中的匝間短路則多是由于運行過程中異物進(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)重的匝間短路將會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的局部發(fā)熱、振動增高，甚至?xí)?dǎo)致轉(zhuǎn)子接地故障的發(fā)生。

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

1 RSO試驗技術(shù)與方法

1.1 RSO試驗原理

RSO試驗的原理是利用一個快速的陡波注入發(fā)電機轉(zhuǎn)子線圈，并在轉(zhuǎn)子線圈的注入端監(jiān)測轉(zhuǎn)子線圈的反射波的波形來判斷轉(zhuǎn)子線圈是否存在匝間短路點的方法。

其試驗方法通常是用一個波形發(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)子線圈兩端測得的波形。如果兩者波形完全一致，則說明轉(zhuǎn)子不存在匝間短路，反之，則說明轉(zhuǎn)子可能在某處存在匝間絕緣缺陷。RSO試驗原理接線見圖1。

圖1 RSO試驗原理示意圖

1.2 試驗結(jié)果分析

一般說來，RSO試驗時要錄以下幾種波形：分離波、相減波和傳播時間，見圖2、圖3和圖4所示。

圖2分離波

圖3 相減波

圖4 傳播時間

根據(jù)檢測的波形，結(jié)果判斷如下：

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

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

3）傳播時間是只在轉(zhuǎn)子一端單獨觸發(fā)，在轉(zhuǎn)子兩端分別測得的波形，用于測量觸發(fā)脈沖波在轉(zhuǎn)子線圈中的傳播時間。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是有匝間短路時的轉(zhuǎn)子RSO波形。

圖5 轉(zhuǎn)子繞組有匝間短路時的RSO波形

1.3 RSO試驗特點

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

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

1）RSO試驗接線簡單，只需將線接到轉(zhuǎn)子勵磁滑環(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。必要時加測量滑環(huán)在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時也可進(jìn)行。

2）由于其試驗電壓低并可應(yīng)持續(xù)監(jiān)測，可廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)子下線過程中全程監(jiān)測下線時轉(zhuǎn)子匝間絕緣情況；電廠也可在運行期間用這種方法監(jiān)測轉(zhuǎn)子在靜止或轉(zhuǎn)動時的匝間絕緣情況。

3）RSO試驗非常敏感，運用這種方法可以檢測到轉(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。

在運用RSO檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障的實踐中，曾多次檢查了發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓分布的情況，在個別情況下，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。如某臺轉(zhuǎn)子在返廠檢修過程中，RSO波形如圖6顯示轉(zhuǎn)子負(fù)極7號線圈匝間有短路，但電壓分布試驗（見表1），卻沒有發(fā)現(xiàn)問題。

表1 某臺轉(zhuǎn)子在返廠檢修過程中的電壓分布試驗

轉(zhuǎn)子在試驗平臺上經(jīng)過一段時間的高速轉(zhuǎn)動和加勵磁電流加熱膨脹后，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。因此，采用RSO試驗?zāi)軌驕?zhǔn)確的判斷匝間短路所在的位置。

2 RSO試驗的理論分析

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

對RSO試驗結(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，用計算機對波形進(jìn)行模擬，然后與在試驗線圈的試驗波形進(jìn)行比較。

在研究的初期階段，用簡單的導(dǎo)體對地的傳導(dǎo)模式建立的傳輸模型計算出來的波形與試驗波形對比發(fā)現(xiàn)結(jié)果并不理想。后來用陡波在電動機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。簡單介紹如下：

電動機試驗線圈模型如下：

圖6 電動機RSO試驗線圈模型

實際試驗線圈如下：

圖7 實驗室用試驗線圈模型

下圖是試驗波形與計算波形的比較：

圖8 試驗線圈測量波形

圖9 試驗線圈計算機模擬波形

初步研究結(jié)果：當(dāng)RSO試驗波形有微小差異時，有時是因為轉(zhuǎn)子線圈匝間有高阻抗短路，有時是由于線圈局部電容或阻抗變化不對稱引起的。有時將線圈端部壓緊都會對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試驗具有接線簡單，檢測靈敏度高，對故障準(zhǔn)確定位等優(yōu)點，在大亞灣核電站發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障的診斷中有過良好的工作實踐。因此，是一種非常有效的檢測技術(shù)，值得在國內(nèi)電站推廣應(yīng)用。

（摘編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路的RSO實驗技術(shù)及其應(yīng)用分析”，作者為袁振亞。）