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摘要：发电机转子线圈匝间短路故障是发电机时常发生的故障之一，由于故障初期对机组的正常运行影响不大或者故障特征不明显，常常被忽略，但长时间下去，匝间短路故障会不断扩大导致转子线圈接地，造成机组跳闸，也会影响其使用寿命。本文将从发电机转子匝间短路故障的表象特征、故障原因出发探讨其判断方法，在故障出现时尽快处理，减少故障造成的损失。
关键词：发电机匝间短路判断方法
1引言
近几年来，发电机单机容量不断增加，数量不断增多，故障率也连年增高，从300MW的中小型发电机，到600MW、1000MW的大型发电机，都有各种不同的故障出现，汽轮发电机转子匝短故障就是其中之一。广东省内2009年发生了3起，2010年，发生了5起，2011年从1月至3月，已有3台发电机转子返厂因匝间短路故障返厂修理，2台在现场处理，由此可见故障发展势头十分严峻。这些大型发电机转子发生匝短故障，给发电厂的电力生产带来了很大的压力，严重影响了发电任务的顺利完成，也造成了巨大的经济损失。
2发电机转子匝间短路故障表象特征
汽轮发电机转子匝间短路故障出现后首先表现在发电机轴系振动值升高（机械部分造成的影响不予讨论）。正常情况下，发电机气隙磁场密度分布均匀对称，根据电磁力的计算公式，定、转子之间的电磁力的分布也是均匀对称的。当转子线圈发生匝间短路故障后气隙磁场密度发生变化，短路绕组对应的气隙磁场密度减小，其产生的电磁力也将不平衡，最终作用于发电机转子，造成转子振动过大。
另外发电机转子匝间短路故障出现后伴随着的是转子各线圈温升不一致。发电机转子线圈在发生短路故障后，短路线圈无法流过电流，与其相邻的正常线圈所绕的两槽邻接的地方齿部温度就比正常部位低。由于转子在运行中是旋转的很难检测到，所以此表象特征只能作为理论依据，无法应用于实践。
3.发电机转子匝间短路故障原因
发电机转子结构、运行工况复杂，受到很大的电磁力和机械力的作用，匝间短路算是一种比较常见的故障。发电机在启、停机时或者负荷变化时引起的热胀冷缩会造成转子线圈发生位移、变形造成局部绝缘损坏发生转子匝间短路故障。
发电机在大修抽转转子时转子铁芯被异物碰撞，检修时金属异物落入通风槽内，造成转子匝间短路。
发电机转子在制造、运输、安装过程中不注意施工质量致使转子留有很多异物颗粒、线圈表面有毛刺，这些也都有可能造成转子匝间短路。
所以发电机在制造过程中要监督到位，检修过程中跟踪到位、质量把关到位，不能放过一点问题，这才能为发电机正常、安全的运行打好基础。
4发电机转子匝间短路故障判断方法
正常运行中的发电机，根据《GB7064-2008隐极同步发电机技术要求》相关规定，其转子的振动水平不大于80μm。当运行中的发电机组当出现振动水平大于80μm时，对比以前相同工况下的运行状态，排除机械方面因素，建议按照运行情况下-停机（膛内）-停机（膛外）-解体这几个步骤逐步排查判断。
4.1振动-励磁电流关系曲线法
发电机转子匝间短路故障出现后定转子气隙电磁场畸变，转子收到不平衡电磁力影响而产生额外振动，并且随着励磁电流的增大，不平衡电磁力逐渐增大，转子的振动逐渐增大，其特征：发电机轴系振动与励磁电流之间存在正相关性，该方法称为“振动-励磁电流关系法”。
当转子振动异常偏大并且与励磁电流存在着明显的正相关性，可以初步判断转子线圈内部出现短路。
振动-励磁电流关系曲线法应用于发电机运行工况下，不用停机，不需要额外的实验设备，可以避免做无用功，但结论尚待验证。
4.2直流电阻法
这种方法是通过测量转子线圈的直流电阻与出厂值或者交接值相对比（换算到同一温度下）来判断是否存在匝间短路。发电机转子线圈出现短路故障时直流电阻值会变小，但考虑到试验仪器的精密程度、人员素质、电网相关规定，该方法只能在精确到转子线圈电阻偏差3%～5%范围内，短路匝数较多时，测量直流电阻是很简单有效的。
4.3交流阻抗和功率损耗试验
这种方法是判断转子匝间短路故障最常见的一种。由于仪器先进、智能化程度高，操作简单，无论转子在膛内还是膛外都能方便测量。
交流阻抗和功率损耗这两个参数在判断转子匝短故障时，功率损耗要比交流阻抗要灵敏的多。对于转子的交流阻抗来说，其阻抗下降10%，往往并不能说明转子绕组存在匝短故障。但功率损耗值上升10%，往往说明转子绕组很可能已存在匝短故障。
4.4极电压平衡法
极电压平衡法也常常作为一种判断发电机转子匝间短路故障的方法。它是通过测量两极绕组上的电压降，比较两极之间的电压差。根据JB/T8446-2005《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》中的相关规定：两极线圈间的电压差不得大于最大值的3%，可认为转子不存在匝短故障，而当这种差异超过该限定值时，则判断转子出现了匝短故障。这种方法需要机组停机后进行，并且这种方法会出现误判，当转子匝间短路故障点在两极呈现对称性时就判断不出转子存在匝间短路故障。
4.5重复脉冲波形法
重复脉冲波形法在检测发电机转子匝间短路故障时得到了越来越多的应用。这种方法基于转子绕组的对称性，分别冲转子的正负极相转子绕组施加一高频脉冲信号，将该高频脉冲信号相应进行180度换相叠加，通过对比信号的对称性来判断转子是否存在匝间短路故障。这种方法可在停机后膛内或者膛外进行，准确度较高，但无相关标准和判断依据，只能依靠个人经验。
4.6转子绕组电压分布试验
在转子正负极上施加较低的电压，然后测量各匝线圈的电压，进而计算出相邻两匝线圈的电压差。无匝间短路故障时，转子两极绕组的各个对应部位电压差对称；当出现转子匝间短路故障时，原有的对称性就被破坏，各个部位的电压差会发生变化。这种试验方法只需要一块精密万用表，操作简单，结果准确甚至能定位匝间短路出现的位置。
以上几种试验方法对判断发电机转子匝间短路故障切实有效。但每种方法都有其不足和缺陷，在怀疑转子存在匝间短路故障时，应使用两种或者两种以上的方法判断，最后得出确切的结果，是返厂检修还是现场处理。
5结语
发电机出现轻微的匝间短路故障时可以继续运行，但当故障加剧时就会影响到发电机的运行工况，轴系振动加大，短路点处的局部过热会进一步促使故障劣化，使故障升级为接地事故，损坏发电机。所以发电机检修维护人员应保持高度的警惕性，不断提高发电机检修技能，在故障显现端倪时，及时发现，及时处理，保证发电机安全、稳定的运行。
参考文献：
[1]万书亭，李和明，李永刚转子匝间短路对发电机定转子振动特性的影响中国电机工程学报第25卷第10期
[2]王相禹，杨秉林发电机转子匝间短路实时在线监测的应用自动化技术与应用第24卷第10期
[3] 张征平，大型汽轮发电机转子匝间短路故障分析技术 2011年广东省防雷过电压、高压试验新技术研讨会
关键词：发电机匝间短路判断方法
1引言
近几年来，发电机单机容量不断增加，数量不断增多，故障率也连年增高，从300MW的中小型发电机，到600MW、1000MW的大型发电机，都有各种不同的故障出现，汽轮发电机转子匝短故障就是其中之一。广东省内2009年发生了3起，2010年，发生了5起，2011年从1月至3月，已有3台发电机转子返厂因匝间短路故障返厂修理，2台在现场处理，由此可见故障发展势头十分严峻。这些大型发电机转子发生匝短故障，给发电厂的电力生产带来了很大的压力，严重影响了发电任务的顺利完成，也造成了巨大的经济损失。
2发电机转子匝间短路故障表象特征
汽轮发电机转子匝间短路故障出现后首先表现在发电机轴系振动值升高（机械部分造成的影响不予讨论）。正常情况下，发电机气隙磁场密度分布均匀对称，根据电磁力的计算公式，定、转子之间的电磁力的分布也是均匀对称的。当转子线圈发生匝间短路故障后气隙磁场密度发生变化，短路绕组对应的气隙磁场密度减小，其产生的电磁力也将不平衡，最终作用于发电机转子，造成转子振动过大。
另外发电机转子匝间短路故障出现后伴随着的是转子各线圈温升不一致。发电机转子线圈在发生短路故障后，短路线圈无法流过电流，与其相邻的正常线圈所绕的两槽邻接的地方齿部温度就比正常部位低。由于转子在运行中是旋转的很难检测到，所以此表象特征只能作为理论依据，无法应用于实践。
3.发电机转子匝间短路故障原因
发电机转子结构、运行工况复杂，受到很大的电磁力和机械力的作用，匝间短路算是一种比较常见的故障。发电机在启、停机时或者负荷变化时引起的热胀冷缩会造成转子线圈发生位移、变形造成局部绝缘损坏发生转子匝间短路故障。
发电机在大修抽转转子时转子铁芯被异物碰撞，检修时金属异物落入通风槽内，造成转子匝间短路。
发电机转子在制造、运输、安装过程中不注意施工质量致使转子留有很多异物颗粒、线圈表面有毛刺，这些也都有可能造成转子匝间短路。
所以发电机在制造过程中要监督到位，检修过程中跟踪到位、质量把关到位，不能放过一点问题，这才能为发电机正常、安全的运行打好基础。
4发电机转子匝间短路故障判断方法
正常运行中的发电机，根据《GB7064-2008隐极同步发电机技术要求》相关规定，其转子的振动水平不大于80μm。当运行中的发电机组当出现振动水平大于80μm时，对比以前相同工况下的运行状态，排除机械方面因素，建议按照运行情况下-停机（膛内）-停机（膛外）-解体这几个步骤逐步排查判断。
4.1振动-励磁电流关系曲线法
发电机转子匝间短路故障出现后定转子气隙电磁场畸变，转子收到不平衡电磁力影响而产生额外振动，并且随着励磁电流的增大，不平衡电磁力逐渐增大，转子的振动逐渐增大，其特征：发电机轴系振动与励磁电流之间存在正相关性，该方法称为“振动-励磁电流关系法”。
当转子振动异常偏大并且与励磁电流存在着明显的正相关性，可以初步判断转子线圈内部出现短路。
振动-励磁电流关系曲线法应用于发电机运行工况下，不用停机，不需要额外的实验设备，可以避免做无用功，但结论尚待验证。
4.2直流电阻法
这种方法是通过测量转子线圈的直流电阻与出厂值或者交接值相对比（换算到同一温度下）来判断是否存在匝间短路。发电机转子线圈出现短路故障时直流电阻值会变小，但考虑到试验仪器的精密程度、人员素质、电网相关规定，该方法只能在精确到转子线圈电阻偏差3%～5%范围内，短路匝数较多时，测量直流电阻是很简单有效的。
4.3交流阻抗和功率损耗试验
这种方法是判断转子匝间短路故障最常见的一种。由于仪器先进、智能化程度高，操作简单，无论转子在膛内还是膛外都能方便测量。
交流阻抗和功率损耗这两个参数在判断转子匝短故障时，功率损耗要比交流阻抗要灵敏的多。对于转子的交流阻抗来说，其阻抗下降10%，往往并不能说明转子绕组存在匝短故障。但功率损耗值上升10%，往往说明转子绕组很可能已存在匝短故障。
4.4极电压平衡法
极电压平衡法也常常作为一种判断发电机转子匝间短路故障的方法。它是通过测量两极绕组上的电压降，比较两极之间的电压差。根据JB/T8446-2005《隐极式同步发电机转子匝间短路测定方法》中的相关规定：两极线圈间的电压差不得大于最大值的3%，可认为转子不存在匝短故障，而当这种差异超过该限定值时，则判断转子出现了匝短故障。这种方法需要机组停机后进行，并且这种方法会出现误判，当转子匝间短路故障点在两极呈现对称性时就判断不出转子存在匝间短路故障。
4.5重复脉冲波形法
重复脉冲波形法在检测发电机转子匝间短路故障时得到了越来越多的应用。这种方法基于转子绕组的对称性，分别冲转子的正负极相转子绕组施加一高频脉冲信号，将该高频脉冲信号相应进行180度换相叠加，通过对比信号的对称性来判断转子是否存在匝间短路故障。这种方法可在停机后膛内或者膛外进行，准确度较高，但无相关标准和判断依据，只能依靠个人经验。
4.6转子绕组电压分布试验
在转子正负极上施加较低的电压，然后测量各匝线圈的电压，进而计算出相邻两匝线圈的电压差。无匝间短路故障时，转子两极绕组的各个对应部位电压差对称；当出现转子匝间短路故障时，原有的对称性就被破坏，各个部位的电压差会发生变化。这种试验方法只需要一块精密万用表，操作简单，结果准确甚至能定位匝间短路出现的位置。
以上几种试验方法对判断发电机转子匝间短路故障切实有效。但每种方法都有其不足和缺陷，在怀疑转子存在匝间短路故障时，应使用两种或者两种以上的方法判断，最后得出确切的结果，是返厂检修还是现场处理。
5结语
发电机出现轻微的匝间短路故障时可以继续运行，但当故障加剧时就会影响到发电机的运行工况，轴系振动加大，短路点处的局部过热会进一步促使故障劣化，使故障升级为接地事故，损坏发电机。所以发电机检修维护人员应保持高度的警惕性，不断提高发电机检修技能，在故障显现端倪时，及时发现，及时处理，保证发电机安全、稳定的运行。
参考文献：
[1]万书亭，李和明，李永刚转子匝间短路对发电机定转子振动特性的影响中国电机工程学报第25卷第10期
[2]王相禹，杨秉林发电机转子匝间短路实时在线监测的应用自动化技术与应用第24卷第10期
[3] 张征平，大型汽轮发电机转子匝间短路故障分析技术 2011年广东省防雷过电压、高压试验新技术研讨会