王玉田，吳夢(mèng)艷

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四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路測(cè)試方法研究

王玉田，吳夢(mèng)艷

（1. 哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040；2. 中國(guó)自動(dòng)化控制系統(tǒng)總公司，北京100026）

本文介紹了兩種測(cè)試四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的方法，一種是低頻阻抗測(cè)試方法，在轉(zhuǎn)子繞組上施加由低頻信號(hào)振蕩器發(fā)出的600Hz的頻率，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子繞組上振蕩產(chǎn)生的電壓值判定是否存在匝間短路；另一種是脈沖波形比較法，利用雙通道交流脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖電壓，將兩個(gè)通道產(chǎn)生波形對(duì)比，判定是否存在匝間短路。兩種方法配合使用，可以準(zhǔn)確地判定轉(zhuǎn)子匝間短路，保證轉(zhuǎn)子匝間絕緣的可靠性。

核電汽輪發(fā)電機(jī)；四極；轉(zhuǎn)子；匝間短路；測(cè)試

0 前言

隨著世界對(duì)能源需求的不斷提高及常規(guī)發(fā)電技術(shù)所用自然資源的日益枯竭，國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際發(fā)電行業(yè)必須迎接新的挑戰(zhàn)，盡可能以高效和可持續(xù)的方式利用能源成為當(dāng)務(wù)之急，由此，國(guó)內(nèi)各大型發(fā)電機(jī)制造企業(yè)展開了對(duì)核能發(fā)電技術(shù)的研究。核能發(fā)電技術(shù)能否在國(guó)內(nèi)推廣，并得到人們的認(rèn)可，關(guān)鍵的技術(shù)就是安全技術(shù)。

多年來(lái)，電機(jī)行業(yè)對(duì)核電汽輪發(fā)電機(jī)技術(shù)研究更多地集中在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料性能及絕緣結(jié)構(gòu)研究等方面，本文結(jié)合哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造的1250MW四極核電汽輪發(fā)電機(jī)，對(duì)其轉(zhuǎn)子匝間短路的測(cè)試方法進(jìn)行了具體的分析與研究。

1 轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)

哈電機(jī)制造的1250MW核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組由四個(gè)電極組成，每個(gè)電極由四個(gè)號(hào)的線圈構(gòu)成，繞組的布置如圖1所示。與兩個(gè)電極電機(jī)的轉(zhuǎn)子相比，本機(jī)組具有四個(gè)極，因此電機(jī)運(yùn)行時(shí)的額定轉(zhuǎn)速為兩個(gè)電極轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速的一半，即1500r/min。

2 低頻阻抗測(cè)試方法

低頻阻抗測(cè)試方法的電路原理如圖2所示，測(cè)試設(shè)備主要包括低頻信號(hào)振蕩器及數(shù)字萬(wàn)用表。測(cè)試原理是將RC低頻信號(hào)振蕩器振蕩產(chǎn)生600Hz的頻率施加在轉(zhuǎn)子繞組的W極、X極、Y極、Z極上，在每個(gè)電極上分別振蕩產(chǎn)生電壓，通過(guò)對(duì)電壓值的計(jì)算與分析，判定轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路。

圖1 四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組布置圖

圖2 低頻阻抗測(cè)試方法的電路原理圖

低頻阻抗測(cè)試方法的接線是將低頻信號(hào)振蕩器輸出端子連接轉(zhuǎn)子繞組引出線的一端，低頻信號(hào)振蕩器的反饋端子連接轉(zhuǎn)子繞組引出線的另一端，這樣構(gòu)成一個(gè)回路。利用數(shù)字萬(wàn)用表分別測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組的W極、X極、Y極、Z極上振蕩產(chǎn)生的電壓，分別記作W、X、Y、Z。

低頻阻抗測(cè)試方法的判定標(biāo)準(zhǔn)如下：

當(dāng)測(cè)試電壓值滿足式（1）時(shí)，可以判定被試轉(zhuǎn)子不存在匝間短路。

當(dāng)測(cè)試電壓值滿足式（2）、式（3）時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路需要進(jìn)一步判定。

當(dāng)測(cè)試電壓值滿足式（4）時(shí)，可以判定被試轉(zhuǎn)子存在匝間短路。

式（1）、式（2）、式（3）、式（4）中：MAX為（W+X），（Y+Z）中較大者。

在哈電機(jī)制造的1250MW四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上，利用上述方法分別測(cè)試轉(zhuǎn)子繞組四個(gè)電極的1號(hào)線圈下線完成、2號(hào)線圈下線完成、3號(hào)線圈下線完成、4號(hào)線圈下線完成時(shí)，在四個(gè)電極上振蕩產(chǎn)生的電壓值，如表1所示。

表1 四個(gè)電極上產(chǎn)生的振蕩電壓值 V

將表1中序1、序2、序3、序4中各電極振蕩產(chǎn)生的電壓值代入式（1），可以得到表2的數(shù)據(jù)。

表2 計(jì)算后數(shù)據(jù)

從表2可判斷，在轉(zhuǎn)子四個(gè)電極的1號(hào)線圈、2號(hào)線圈、3號(hào)線圈裝配完成后，均無(wú)匝間短路。可見(jiàn)，低頻阻抗測(cè)試方法是檢測(cè)四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的有效方法之一。但是，當(dāng)四個(gè)電極的4號(hào)線圈裝配完成后，采用這種方法測(cè)得的振蕩電壓值不滿足式（1），但滿足式（2）和式（3）時(shí)，低頻阻抗測(cè)試方法已無(wú)法判斷是否存在匝間短路。所以，為了判定在四個(gè)電極的4號(hào)線圈裝配完成后，轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路情況，需要采用另一種轉(zhuǎn)子繞組匝間短路測(cè)試方法進(jìn)一步診斷，因此，我們引入脈沖波形比較法。

3 脈沖波形比較法

脈沖波形比較法的電路原理如圖3所示，測(cè)試設(shè)備主要是雙通道交流脈沖發(fā)生器。測(cè)試原理是由雙通道交流脈沖發(fā)生器發(fā)出脈沖電壓，并施加在轉(zhuǎn)子繞組的W極、X極、Y極、Z極上，在交流脈沖發(fā)生器的示波器上面將產(chǎn)生兩條波形，根據(jù)兩條波形的重合程度，判定轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路。

脈沖波形比較法的接線是將雙通道交流脈沖發(fā)生器的兩個(gè)輸出端子接轉(zhuǎn)子繞組引出線的兩端，反饋端子接轉(zhuǎn)子繞組X極與Y極的極間中心，這樣構(gòu)成一個(gè)回路。在轉(zhuǎn)子繞組上施加一定的脈沖電壓后，在雙通道交流脈沖發(fā)生器的示波器上將顯示兩條曲線，這兩條曲線分別代表兩個(gè)回路的波形。

圖3 脈沖波形比較法電路原理圖

利用上述方法，對(duì)四個(gè)電極的4號(hào)線圈裝配完成后的核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了匝間短路測(cè)試，在測(cè)試設(shè)備的示波器上顯示出兩條曲線，如圖4所示。為了確定兩條曲線的重合程度，將兩條曲線的位置平移，平移后如圖5所示。從圖中可以清晰地看到兩條曲線完全重合，所以，可以判定利用低頻阻抗測(cè)試方法無(wú)法確定的4號(hào)線圈裝配完成后的轉(zhuǎn)子繞組匝間不存在匝間短路。

為了驗(yàn)證脈沖波形比較法的可靠性，將轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)在通道2中的兩個(gè)電極的線圈人為短路，這時(shí)在雙通道交流脈沖發(fā)生器的示波器上顯示的兩條曲線如圖6所示，兩條曲線明顯分離。由圖可見(jiàn)，采用脈沖波形比較法判斷四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路是可靠的。

圖4 雙通道波形

圖5 平移后的波形

圖6 匝間短路后波形

4 結(jié)論

本文引入兩種用于判定四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的有效方法，分別是低頻阻抗測(cè)試方法和脈沖波形比較法；低頻阻抗測(cè)試方法與哈電機(jī)的交流阻抗測(cè)試方法[1-2]相比具有試驗(yàn)電壓低、測(cè)試方法簡(jiǎn)單、測(cè)試效率高等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)操作安全，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組絕緣無(wú)損傷測(cè)試；脈沖波形比較法與哈電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)矢量法[1][2]相比，具有操作方便、試驗(yàn)方法簡(jiǎn)捷等優(yōu)點(diǎn)。

（1）采用低頻阻抗測(cè)試方法判定時(shí)，當(dāng)各電極上振蕩產(chǎn)生的電壓值滿足式（1）時(shí)，可以判定四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組不存在匝間短路；當(dāng)各電極上振蕩產(chǎn)生的電壓值滿足式（4）時(shí)，可以判定四極核電汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路；

（2）采用低頻阻抗測(cè)試方法測(cè)試時(shí)，當(dāng)各電極上振蕩產(chǎn)生的電壓值滿足式（2）、式（3）時(shí)，可以采用脈沖波形比較法進(jìn)一步判定轉(zhuǎn)子繞組匝間短路。

[1] 劉慶河. 汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的檢測(cè)方法[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2004, (4).

[2] JB/T 8446-2005 隱極式同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路測(cè)試方法[S].

Research On Inter-turn Short-circuit Test Method for Four-Pole Nuclear Power Turbo-generator Rotor

WANG Yutian, WU Mengyan

(1. Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China; 2. China National Automation Control System Corp, Beijing 100026, China)

Two methods for testing four-pole nuclear power turbo-generator rotor winding with inter-turn short-circuit were presented. One is low frequency impedance test method, and the rotor winding is supplied a low frequency of 600Hz by low-frequency signal oscillator. We can judge whether occur inter-turn short-circuit or not by the voltage oscillated. The other is pulse wave comparison method, and it is generated pulse voltage by double channels AC pulse generator. By contrasting the waves, we can judge whether inter-turn short-circuit is occurred or not. With two methods above, we can judge inter-turn short-circuit exactly, insuring the inter-turn insulation of rotor is reliable.

nuclear power turbo-generator; four-pole; rotor; inter-turn short-circuit; test

TM312

A

1000-3983(2014)02-0040-04

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2009ZX06004-013-04-05）大型核電半速汽輪發(fā)電機(jī)定子絕緣技術(shù)研究。

2013-08-17

王玉田（1983-），2006年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事汽輪發(fā)電機(jī)絕緣技術(shù)工作，工程師。

審稿人：滿宇光