大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價專家講座

大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障診療與評價

大亞灣核電運行管理有限企業(yè)

技術(shù)部RCA組關(guān)建軍

4/22/20231大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第1頁1.轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特點

2.匝間短路故障檢測方法及特點

3.對轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療方法評價

4.轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療實例

5.轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障定位

6.怎樣提升匝間短路故障診療有效性

7．結(jié)論

目錄4/22/20232大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第2頁1）匝間短路故障在轉(zhuǎn)子電氣絕緣事故中占較大百分比。——達80%2）轉(zhuǎn)子匝間短路故障危害：絕緣燒損接地線棒變形或燒熔燒壞護環(huán)大軸磁化燒傷軸頸和軸瓦轉(zhuǎn)子本體燒損（毀）1.轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特點4/22/20233大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第3頁3）匝間短路表現(xiàn)：轉(zhuǎn)子電流顯著增加發(fā)電機組無功出力降低繞組溫度升高電壓波形畸變發(fā)電機組軸系振動增大軸電壓升高4）匝間短路通常分為兩類：與運行（轉(zhuǎn)速和溫度）相關(guān)非穩(wěn)定性匝間短路與運行無關(guān)穩(wěn)定性匝間短路——這些現(xiàn)象是轉(zhuǎn)子匝間短路已顯著出現(xiàn)時特征——當代檢測技術(shù)更重視于匝間短路故障早期診療。1.轉(zhuǎn)子繞組匝間短路特點（續(xù)）4/22/20234大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第4頁2.匝間短路故障檢測方法及特點1）按照檢測方式分類：機組停運狀態(tài)下靜態(tài)檢測（離線檢測）機組運行狀態(tài)下動態(tài)檢測（在線檢測）2）檢測方法：

——離線檢測交流阻抗法和功率損耗法極平衡檢驗法直流阻抗法開口變壓器法交流或直流匝間壓降法RSO重復脈沖法（沖擊脈沖法）4/22/20235大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第5頁2.匝間短路故障檢測方法及特點(續(xù)）——在線檢測對動態(tài)匝間短路檢測采取有不一樣轉(zhuǎn)速下交流阻抗測量法極平衡電壓法探測線圈波形法勵磁電流相對改變率識別法軸接地電流診療法3）應(yīng)用情況：探測線圈波形法在300MW及以上發(fā)電機中已廣泛使用而對RSO試驗(沖擊脈沖法)當前國內(nèi)應(yīng)用較少。

4/22/20236大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第6頁2.匝間短路故障檢測方法及特點(續(xù)）RSO試驗（沖擊脈沖法）應(yīng)用是波過程理論（行波技術(shù)），當信號發(fā)生器發(fā)出低壓脈沖信號（行波）沿繞組傳輸?shù)阶杩雇蛔凕c時，會造成反射波和透射波出現(xiàn)，由此會在檢測點測得與正?；芈窡o阻抗突變時不一樣響應(yīng)特征曲線。此方法是基于繞組沿線波阻抗改變來進行檢測。匝間短路程度經(jīng)過故障點處波阻抗改變大小來反應(yīng)，顯示在示波圖上能夠用兩個響應(yīng)特征曲線合成平展程度來判定，有突起地方說明匝間存在異常，而且突起波幅大小就表明短路故障嚴重程度。所以，即使繞組出現(xiàn)一匝短路故障，應(yīng)用RSO技術(shù)對故障甄別也有很高靈敏度。4/22/20237大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第7頁2.匝間短路故障檢測方法及特點(續(xù)）氣隙波形檢測技術(shù)是基于發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流所產(chǎn)生主磁通和槽中漏磁通密度測量，探測線圈測得電壓尖脈沖是槽內(nèi)有效匝數(shù)槽漏磁和氣隙磁通密度波形畸變合成。當探測線圈距轉(zhuǎn)子表面距離越小，則測量到感應(yīng)電壓就越高（靈敏度就越高）。所以，氣隙探測線圈實際安裝距離對檢測結(jié)果及分析影響很大。而氣隙磁通密度波形畸變因數(shù)在氣隙磁通密度過零處是最小。當發(fā)電機開路時氣隙磁通密度是在正交軸線處過零，伴隨負荷增加過零從正交軸線逐步超前于磁極，其現(xiàn)象與功角隨負荷移動類似。所以，在發(fā)電機負荷大小使氣隙波形過零點對應(yīng)在繞組短路匝位時，采取氣隙波形檢測匝間短路才有最大靈敏度。

4/22/20238大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第8頁2.匝間短路故障檢測方法及特點(續(xù)）4/22/20239大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第9頁2.匝間短路故障檢測方法及特點(續(xù)）轉(zhuǎn)子匝間短路診療技術(shù)包括到兩個方面問題:一是轉(zhuǎn)子匝間短路早期發(fā)覺；二是匝間短路故障定位。

能夠較早地發(fā)覺轉(zhuǎn)子匝間短路方法就是RSO重復脈沖法（RepetitiveSurgeOscillograph）和氣隙探測線圈波形測量法。這兩種方法理論上能夠檢測幾匝范圍內(nèi)匝間故障甚至可測到某一匝繞組短路故障。所以，能夠較準確確實定在轉(zhuǎn)子繞組匝間短路詳細線圈或詳細槽位。其它方法適合用于較嚴重匝間故障檢測或匝間故障點定位。4/22/202310大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第10頁3.對匝間短路故障診療方法評價1）匝間短路故障狀態(tài)模式：對匝間短路故障診療技術(shù)特征進行比較和評價，將轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障狀態(tài)模式定義為三個階段：萌芽期發(fā)展期故障期。4/22/202311大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第11頁3.對匝間短路故障診療方法評價（續(xù)）萌芽期（Embryonicstage）：轉(zhuǎn)子繞組匝間出現(xiàn)初始異常征兆，但傳統(tǒng)檢測方法并不能發(fā)覺這種異常。機組運行也未受到影（發(fā)電機組振動、勵磁電流、機組無功及軸電壓等均符合正常運行工況）。匝間故障能夠表現(xiàn)為局部過熱、匝間以穩(wěn)定高阻短路、或匝間絕緣間存在油污、漆片等污染物。這種情況能夠保持相對較長時期，如3年、5年或更長時間。在這種模式下機組能夠在滿發(fā)狀態(tài)下保持連續(xù)運行。這種故障征兆會因為污染物脫落而減輕，有不穩(wěn)定特征。經(jīng)過大修吹掃或采取特殊材料（干冰）清洗有可能消除或減輕這種匝間異?，F(xiàn)象。4/22/202312大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第12頁發(fā)展期(Developingstage）：發(fā)展期指得是匝間短路已經(jīng)能夠經(jīng)過一些傳統(tǒng)方法判別。這種狀態(tài)下機組運行已經(jīng)出現(xiàn)異常，匝間短路基本或已經(jīng)具備穩(wěn)定特征。發(fā)電機運行情況下出現(xiàn)振動增大、機組勵磁和無功受到影響等，但運行工況限制還未突破，在限制負荷和有效監(jiān)督等保護辦法下來控制機組運行狀態(tài)，可維持機組在短期內(nèi)（幾個月至一年）為電站經(jīng)濟效益和大修統(tǒng)籌而帶病運行。如某600MW發(fā)電機組，運行中發(fā)覺轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路，運行表現(xiàn)為振動大、無功降低等，在維持機組運行達6個月后，機組進入年度大修，解體轉(zhuǎn)子繞組發(fā)覺存在大范圍匝間短路。3.對匝間短路故障診療方法評價（續(xù)）4/22/202313大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第13頁故障期(Failurestage）：繞組匝間絕緣已經(jīng)出現(xiàn)顯著嚴重短路征兆，發(fā)電機組振動超標、無功嚴重降低（勵磁電流超出額定要求）、轉(zhuǎn)子溫度高等異常運行工況已經(jīng)危機發(fā)電機組安全運行，甚至包含已經(jīng)促發(fā)轉(zhuǎn)子接地等故障發(fā)生。這種情況下隨時會造成設(shè)備嚴重損壞并出現(xiàn)事故擴大。所以，這種狀態(tài)下要求機組馬上停機進行故障處理和全方面檢修。3.對匝間短路故障診療方法評價（續(xù)）4/22/202314大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第14頁3.對匝間短路故障診療方法評價（續(xù)）序號

檢測方法

對故障狀態(tài)模式檢測效果

特點與評價

萌芽期發(fā)展期故障期

1RSO試驗有效

有效

有效

靜態(tài)檢測，試驗方法簡單，靈敏度高，定位到槽。

2氣隙波形檢測法

不顯著有效

有效

動態(tài)檢測，依賴數(shù)據(jù)處理技術(shù)和教授可診療萌芽期故障模式。在15%-30%匝間短路狀態(tài)有足夠靈敏度。3匝間壓降法（交流或直流）

不顯著有效

有效

靜態(tài)檢測，試驗較復雜，靈敏度很高。可定位。

4交流阻抗及損耗法

無效

有效

有效

靜態(tài)、動態(tài)檢測，改變超出5%以上能檢測。不能定位。5單開口變壓器法

不顯著有效

有效

靜態(tài)檢測，準確度較高，可定位到槽。

6雙開口變壓器法

不顯著不顯著有效靜態(tài)檢測，比喻法5簡單，準確度較高，可定位到槽。7直流電阻法

無效

有效

有效靜態(tài)檢測，對萌芽期、發(fā)展期檢測效果差，不能定位。

8發(fā)電機空載或三相穩(wěn)定短路法

無效

有效

有效動態(tài)專題試驗，靈敏度差，不能定位。4/22/202315大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第15頁2號機組從1999年12月第六次大修RSO試驗中發(fā)覺匝間絕緣存在異常。分析在Z極8號線圈第1至2匝位置可能存在匝間短路。隨即對Opp.Z極第8號線圈上兩匝進行模擬短路試驗，觀察Opp.Z極波形改變，發(fā)覺它與Z極波形幾乎完全重合。期間對轉(zhuǎn)子繞組進行交流阻抗試驗（膛內(nèi)、外），試驗結(jié)果正常。這也表明阻抗法對大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路檢測是不敏感。到機組年第八次大修匝間短路發(fā)生前缺點發(fā)展遲緩，與最初異常波形相比改變不是很顯著。4.轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療實例4/22/202316大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第16頁年3月12日2號發(fā)電機出口發(fā)生兩相短路，故障沖擊加速了匝間短路發(fā)展。2號機組故障前后啟停期間氣隙波形發(fā)覺有較顯著匝間短路現(xiàn)象，RSO試驗也發(fā)覺顯著匝間短路現(xiàn)象。故障后轉(zhuǎn)子RSO波形（見圖1所表示）與第八次大修結(jié)果相比響應(yīng)特征曲線已經(jīng)有所改變。到3月27日發(fā)電機開啟后出現(xiàn)接地故障，停機檢測RSO波形，如圖2所表示，發(fā)覺繞組第7和第8匝已顯著存在匝間短路現(xiàn)象（解體檢驗證實匝間短路發(fā)生）。依據(jù)電站轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測歷史經(jīng)驗總結(jié)，可認為RSO試驗?zāi)軌蚋采w匝間故障發(fā)展三個階段過程檢測，氣隙波形檢測則能夠有效檢測后兩個階段故障，而作為其它傳統(tǒng)檢測方法僅用于在短路故障發(fā)展期后期以及故障期時有比很好效果。4.轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療實例（續(xù)）4/22/202317大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第17頁4.轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療實例（續(xù)）4/22/202318大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第18頁始端末端

7、8槽4.轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療實例（續(xù)）始端末端2槽第2槽始端末端4/22/202319大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第19頁4.轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療實例（續(xù)）圖1.12月出口故障前徑向探測線圈波形圖2.3月出口故障后徑向探測線圈波形

4/22/202320大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第20頁4.轉(zhuǎn)子匝間短路故障診療實例（續(xù)）1#generator

4/22/202321大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第21頁5.轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障定位當發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)匝間短路故障并經(jīng)分析確認需要解體修復時，對短路故障點位置準確定位就顯得極為主要。除了RSO試驗和氣隙波形檢測能夠判斷故障點在那一槽外，兩極電壓平衡檢驗、單開口變壓器法、雙開口變壓器法和直流或交流壓降法均可在不一樣程度對故障位置進行判別。采取交流或直流壓降法能夠很有效實現(xiàn)短路點定位。尤其是在轉(zhuǎn)子繞組存在多點匝間短路故障情況下采取電壓降法更為方便和準確。4/22/202322大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第22頁5.轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障定位

Z極第7號線圈Opp.Z極第7號線圈

勵端A點勵端B點汽端C點汽端D點勵端A點勵端B點汽端C點汽端D點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173.0152.0167.0168.060.154.458.857.84/22/202323大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第23頁5.轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障定位對匝間故障短路點定位，采取交流壓降法和采取直流壓降法都能夠比較準確實現(xiàn)故障定位。國內(nèi)普通普遍做法是采取直流壓降法進行查找故障點。對于現(xiàn)在大型汽輪發(fā)電機組，只要借助于尤其檢測工具完全能夠在不拔轉(zhuǎn)子護環(huán)條件下對轉(zhuǎn)子繞組進行電壓降測量。經(jīng)過壓降法檢測數(shù)據(jù)能夠按照繞組線圈長度計算短路點詳細位置，對于存在多處匝間短路故障，也能夠經(jīng)過上面例子中電壓降差異進行判斷。4/22/202324大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第24頁6.提升匝間短路故障診療有效性存在問題：發(fā)電機氣隙波形檢測給出是一定負荷下磁通密度合成，當前對檢測波形處理和分析方法上國內(nèi)外還未形成統(tǒng)一標準。因為負荷條件不一樣其磁場畸變因數(shù)影響也不相同，從而輕易造成誤判斷。當前國內(nèi)外有都有軟件實現(xiàn)對氣隙波形定量化分析。

4/22/202325大型汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診療和評價第25頁6.提升匝間短路故障診療有效性（續(xù)）采取在線檢測技術(shù)：為提升發(fā)電機氣隙波形檢測有效性，宜采取在線檢測技術(shù)，即使用計算機系統(tǒng)對信號進行實時采集和數(shù)據(jù)處理，經(jīng)過對應(yīng)分析軟件對檢測結(jié)果進行分析和計算，依靠專業(yè)