CN201133925Y - 匝间短路测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种匝间短路检测装置，用于检测发电机转子的匝间短路情况，其包括：脉冲发生器，用于采用两个相同的冲击波分别同时向所述发电机转子的正极和负极注入，形成发射波和折射波；示波器，用于检测所述发电机转子上形成的反射波和折射波，根据所述反射波和折射波的相应特性生成波形图；波形分析仪，用于通过对所述反射波和折射波的比较对发电机转子匝间绝缘短路进行定性判断，通过所述反射波和折射波波形的行使时间和变化的幅值进行定量分析。本实用新型对匝间短路的诊断具有灵敏度高、精确度高、使用方便、无损检测等独特的优点，不仅可以作为现有的检测方法的补充，甚至可以替代。此方法的推广应用将为电力系统的安全运行提供更好的服务。

Description

匝间短路测试装置

【技术领域】

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及匝间短路测试装置。

【背景技术】

随着大容量发电机的制造技术越来越先进，对转子绕组的可靠性要求日益增高。在转子电气绝缘事故中，发电机转子绕组匝间短路故障占有较大比例。转子匝间短路故障会产生很大的危害，首先，由于匝间短路导致不2对称电流以及功率损耗的增大，短路点局部过热会导致绝缘烧损接地、导线过热会导致变形或烧熔，故障的进一步发展会造成烧坏护环、大轴磁化，或烧伤轴颈和轴瓦等，甚至会造成转子烧损事故；其次，由于匝间短路在气隙磁通中形成不对称磁场分量，会引起一系列的轴系振动问题。因此，进行匝间短路故障的早期预报是十分必要的。

一种隐极式汽轮发电机，其转子采用的制造工艺是，在转子表面沿轴向铣有安放转子绕组的槽，每槽内安放6-8匝线圈，导线对地(转子本体)有槽衬绝缘，导线对槽楔有槽楔绝缘，每匝之间有匝间绝缘。

为了保证转子在高速旋转下不产生振动，嵌入槽内绕组导线的截面形状、主绝缘、匝间绝缘应严格保证对称，将转子绕组展开后，如图1所示，从电路方面看，应当是严格对称的。

按照电路分析原理，对发电机转子绕组回路应采用全电路，即高频响应等值电路分析方法，如图2所示。其中，L1～Ln为绕组电感；R1～Rn为绕组直流电阻；Czj1～Czjn为绕组匝间电容；Rzj1～Rzjn为绕组匝间绝缘电阻；Rj_1～Rj_n为绕组对地绝缘电阻；Cj_1～Cj_n为绕组对地电容。

目前，常用的匝间短路检测方法一般为：直流电阻、发电机的空载、短路特性曲线、交流阻抗和功率损耗、微分探测线圈波形等。

(1)直流电阻

按照DL/T596-1996规定，发电机每次大修时，应对转子绕组的直流电阻进行测量(冷态下)，并与原始数据比较，当换算到同温度时其变化不应超过2％。当用直流电阻法测量转子绕组的直流电阻时，其电感、电容将不起作用，其等值电路如图3所示。

该测试方法的不足之处在于，一般发电机转子每极大约6-8槽，每槽大约6-8匝，共计110匝左右，直流电阻在mΩ级，从转子结构特点看大跨度的匝间绝缘破坏或发生金属性短路的概率非常小，一般只会在相邻匝之间发生，所以即便是发生金属性短路其总阻值变化也小于1％，总阻值应该变化很小；另外，如果每次测量时使用的仪器不同，其测量结果将难以比较，因此直流电阻测量法的灵敏度很低。

(2)阻抗和功率损耗

该方法是目前常用的判断转子静态绕组匝间短路的方法；试验电源通常是50Hz，当用50Hz电源测量转子交流阻抗时，绕组匝间电容Czj1～Czjn、绕组对地电容Cj_1～Cj_n视为开路；绕组匝间绝缘电阻Rzj1～Rzjn、绕组对地绝缘电阻Rj_1～Rj_n视为无穷大，结果等值电路如图4所示。

该测试方法的不足之处在于，此项测试将在转子出膛前、转子膛外、转子进膛后、冲转中不同转速等工况下进行，通常是读取电压、电流、功率损耗，交流阻抗值是通过运算得到的，一般在4～8Ω。从交流阻抗数据分析可以得出，在50Hz交流作用下，转子只是一个基本纯感性的电感，当绕组匝间绝缘电阻发生变化时是不会改变电感量，只有在发生金属性匝间短路时才会改变电感量，其变化量应小于1％，换算为阻抗后变化量也是小于1％，灵敏度很低。功率损耗只是消耗在导线上的电阻性损耗，即铜损，反映的是电阻的变化情况，其变化量也很小，灵敏度也很低。并且，交流阻抗和功率损耗试验受膛内膛外、定转子之间的气隙、转子转速、短路电阻及部位、试验电压高低、槽楔和护环结构等很多因素影响，因此很难定出统一标准。因此，该测试方法的分析需要将本次测量值与前次测量值进行比较，并结合其他的测试方法，综合判断才能得出结论，可靠性低。

(3)测量发电机的空载、短路特性曲线

该方法由于受测量精度的限制，一般在转子绕组短路的匝数超过总匝数的3～5％时，才能在空载和短路特性曲线上反映出来。所以，其灵敏度也较低，只能作为次要判决，需要与直流电阻法、交流阻抗法一起才能判定匝间短路故障。

(4)微分线圈探测

该技术是基于发电机转子励磁电流所产生的主磁通和槽中的漏磁通密度的测量；这种方法需在定子槽齿上安装微型探测线圈作为传感器，探测线圈测得的电压尖脉冲是槽内有效匝数的槽漏磁和气隙磁通密度波形畸变的合成。当探测线圈距转子表面距离越小，则测量到的感应电压就越高，灵敏度也就越高。该方法在判断金属性匝间短路故障时，是比上述三种方法要灵敏的多，

但是，该测试方法无法检测到匝间非金属性短路时的情况，并且很多发电机组一般没有配置微型探测线圈，检测时还需要另外增加，而现场安装探测线圈有一定的难度，检测起来不方便。

【发明内容】

本实用新型的发明目的是提供一种匝间短路测试装置，该测试装置能方便地检测匝间线圈短路，且灵敏度高。

为达到上述发明目的，本实用新型提出以下的技术方案：

一种匝间短路检测装置，用于检测发电机转子的匝间短路情况，包括脉冲发生器，示波器和波形分析仪，所述脉冲发生器与发电机转子相连，采用两个相同的冲击波分别同时向所述发电机转子的正极和负极注入，形成发射波和折射波并传递到所述示波器和波形分析仪；所述示波器与脉冲发生器和发电机转子相连，检测发电机转子上形成的反射波和折射波，根据所述反射波和折射波的相应特性生成波形图；所述波形分析仪与脉冲发生器和发电机转子相连，通过对所述反射波和折射波的比较对发电机转子匝间绝缘短路进行定性判断，通过所述反射波和折射波波形的行使时间和变化的幅值进行定量分析。

其中，所述脉冲发生器包括：

电源发生器，用于提供电源；

冲击波形成器，用于生成冲击波；

双脉冲分离器，用于将所述冲击波形成器生成的冲击波分离，形成两个相同的冲击波，并分别同时发射到发电机转子的正极和负极。

其中，所述冲击波形成器为5伏冲击波形成器。

从以上技术方案可以看出，本实用新型对匝间短路的诊断具有灵敏度高、精确度高、使用方便、无损检测等独特的优点，不仅可以作为现有的检测方法的补充，甚至可以替代。此方法的推广应用将为电力系统的安全运行提供更好的服务。

【附图说明】

图1为现有技术中转子绕组展开图；

图2为现有技术中转子绕组高频相应等值电路图；

图3为现有技术中测量转子绕组的直流电阻等值电路图；

图4为现有技术中测量转子绕组的交流阻抗等值电路图；

图5为本实用新型匝间短路检测装置的结构框图；

图6为应用实例一中机组大修前微分探测线圈测量的波形示意图；

图7为应用实例一中机组大修前RSO测量的波形示意图；

图8为应用实例一中机组大修时RSO测量的波形示意图；

图9为应用实例二中转子膛内未清扫前RSO测量的波形示意图；

图10为应用实例二中转子膛外清扫后波形RSO测量的波形示意图。

【具体实施方式】

所谓重复脉冲示波器(Repetitive Surge Oscillograph，RSO)法就是重复脉冲试验法。该方法是以行波传输为基础，应用神经网络特征及高频波在相同介质中传输对称性来实现。下面结合附图对本实用新型进行进一步描述。

请参阅图5，本实用新型提供的匝间短路测试装置包括脉冲发生器100、示波器300和波形分析仪400。

脉冲发生器100与发电机转子200相连，用于采用两个相同的冲击波分别同时向所述发电机转子200的正极和负极注入，形成发射波和折射波；示波器300用于检测所述发电机转子200上形成的反射波和折射波，根据所述反射波和折射波的相应特性生成波形图；波形分析仪400与所述示波器300相连，用于通过对所述反射波和折射波的比较对发电机转子匝间绝缘短路进行定性判断，通过所述反射波和折射波波形的行使时间和变化的幅值进行定量分析。

对于脉冲发生器100，其一般可以包括电源发生器101、冲击波形成器102、双脉冲分离器103。所述电源发生器101用于提供电源；冲击波形成器102用于生成冲击波；双脉冲分离器用于将所述冲击波形成器102生成的冲击波分离，形成两个相同的冲击波，并分别同时发射到发电机转子200的正极和负极。

对于冲击波形成器102，其较优的实施例为5伏冲击波形成器，用于生成5伏冲击波。

作为本实用新型的进一步改进，波形分析仪400还可以用于所述示波器300生成的波形图平展程度来判断匝间短路的严重程度。

本实用新型的基本实现原理是，RSO重复脉冲法试验应用的是波过程理论(行波技术)，当信号发生器发出的低压脉冲信号(行波)沿绕组传播到阻抗突变点时，会导致反射波和透射波的出现，由此会在检测点测得与正常回路无阻抗突变时不同的响应特性曲线。此方法是基于绕组沿线波阻抗的变化来进行检测。匝间短路的程度通过故障点处的波阻抗变化大小来反映，显示在示波图上可以用两个响应特性曲线合成的平展程度来判定，有突起的地方说明匝间存在异常，并且突起的波幅大小就表明短路故障的严重程度。

因此，即使绕组出现一匝短路故障，应用RSO技术对故障的甄别也有很高的灵敏度。

发电机转子匝间短路的诊断技术涉及到两个方面的问题，一是转子匝间短路的早期发现；二是匝间短路的故障定位。RSO能够较早地发现转子匝间金属性短路故障；也可以检测到一匝绕或多匝非金属性短路绝缘故障；并且能够较准确的确定在转子绕组匝间短路的具体线圈或具体槽位。

应用实例

1、金属性短路

某电厂的一台1000MW机组检修时，同时做了交流阻抗值、气隙波形和RSO测试，在相同状况下的交流阻抗值和气隙波形均正常，但是使用本仪器却显示转子第八匝线圈励侧段部出现金属性短路。

1.1、该机组正常状况的数据：

(1)交流阻抗测量值

电流(A)	电压(V)	功率(W)	阻抗(Ω)
				10	36.6	200	3.6
20	75.4	840	3.77
				30	114.4	2040	3.8
40	156.6	3820	3.9
				50	195.8	6000	3.9
40	154.4	3820	3.86
				30	112.2	2060	3.74
20	74	940	3.7
				10	35.4	220	3.54

表1 100MW机组交流阻抗(1)

(2)微分探测线圈测量波形如图6所示；

(3)本仪器测量波形如图7所示；

1.2、该机组大修时的数据：

(1)交流阻抗测量值

电流(A)	电压(V)	功率(W)	阻抗(Ω)
				10	35	200	3.5
20	74	900	3.7
				30	114	2100	3.8
40	156.2	3850	3.91
				50	200	6200	4.0
40	156	3850	3.9
				30	114	2100	3.8
20	74	900	3.7
				10	35	200	3.5

表2 1000MW机组交流阻抗(2)

(2)本仪器测量波形如图8所示，根据本仪器测量数据以及波形得出的结论：

发电机转子线圈存在匝间短路故障，短路程度为一匝，短路位置在转子八号线圈励侧端部。

在现场抽出护环检查发现护环内绝缘衬套在七、八号线圈过桥处有绝缘过热现象，且七、八号线圈过桥下两匝线圈已烧熔粘接在一起。

2、非金属性短路

某电厂的一台300MW机组检修时，同时做了交流阻抗值、RSO测试，在相同状况下的交流阻抗值是正常的，但是使用本仪器却显示转子第3-4线圈励侧段部出现非金属性短路。

(1)交流阻抗测量值

	I(A)	P(W)	Z(Ω)
				20	11.515	167.5	1.736

40	22.185	525.0	1.802
				60	31.935	1217.5	1.878
80	41.340	2022.5	1.934
				80	41.340	2022.5	1.934
60	32.170	1140.0	1.864
				40	22.300	370.0	1.793
20	11.340	95.0	1.763

表3 300MW机组交流阻抗

(2)本仪器测量波形如图9、10所示，根据本仪器测量数据以及波形得出的结论：

在励侧端部负极第三槽与第四槽的过桥处，有绝缘薄弱点，与转子RSO指纹参数试验数据对比后，可以排除金属性短路的可能，经过清扫处理后，绝缘有所改善，但仍未彻底消除，

结论：

RSO测试方法是一个使用方便、判断准确的新技术，并且是无损检测，它适用于分析发电机转子匝间金属性或非金属性短路故障，可以早期发现转子绝缘的潜在性故障。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1、一种匝间短路检测装置，用于检测发电机转子的匝间短路情况，其特征在于，其包括脉冲发生器，示波器和波形分析仪，所述脉冲发生器与发电机转子相连，采用两个相同的冲击波分别同时向所述发电机转子的正极和负极注入，形成发射波和折射波并传递到所述示波器和波形分析仪；所述示波器与脉冲发生器和发电机转子相连，检测发电机转子上形成的反射波和折射波，根据所述反射波和折射波的相应特性生成波形图；所述波形分析仪与脉冲发生器和发电机转子相连，通过对所述反射波和折射波的比较对发电机转子匝间绝缘短路进行定性判断，通过所述反射波和折射波波形的行使时间和变化的幅值进行定量分析。

2、根据权利要求1所述的匝间短路检测装置，其特征在于，所述脉冲发生器包括：

电源发生器，用于提供电源；

冲击波形成器，用于生成冲击波；

双脉冲分离器，用于将所述冲击波形成器生成的冲击波分离，形成两个相同的冲击波，并分别同时发射到发电机转子的正极和负极。

3、根据权利要求1或2所述的匝间短路检测装置，其特征在于，所述冲击波形成器为5伏冲击波形成器。

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