向秋芳 李小波

（海南核電有限公司 ?？冢?/p>

大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路在轉(zhuǎn)子故障中發(fā)生頻率較高，其產(chǎn)生或發(fā)展的原因主要有過激磁、異物破壞轉(zhuǎn)子匝間絕緣、轉(zhuǎn)子局部冷卻不足導(dǎo)致匝間絕緣受損。早期輕微的轉(zhuǎn)子匝間絕緣受損危害并不嚴(yán)重，但如不能盡早發(fā)現(xiàn)和處理，受損程度會(huì)逐漸加重，最終形成匝間短路，嚴(yán)重的匝間短路將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的局部發(fā)熱、振動(dòng)加劇，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，如直流阻抗法、交流阻抗法、匝間壓降法、轉(zhuǎn)子氣隙波形檢測法等來進(jìn)行，發(fā)電機(jī)制造廠多采用轉(zhuǎn)子氣隙波形檢測法來檢測匝間短路，但這些方法都很難在匝間絕緣受損初期發(fā)現(xiàn)問題。RSO檢測方法是根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組分部的對稱性特點(diǎn)，在轉(zhuǎn)子正負(fù)兩極施加一個(gè)高頻低壓脈沖信號，同時(shí)用示波器觀察相應(yīng)的輸出響應(yīng)信號，正常情況下，正負(fù)兩極的脈沖響應(yīng)應(yīng)該是完全一致的，反應(yīng)在波形圖上，應(yīng)該是兩條完全重合的曲線，如果試驗(yàn)結(jié)果顯示正負(fù)兩極不能重合，則說明轉(zhuǎn)子繞組絕緣存在異常。該方法在汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣受損初期就可靈敏檢測出來并精確定位到絕緣受損的線圈，對于由于發(fā)電機(jī)制造出廠階段的匝間絕緣檢測也非常有幫助。

一、RSO檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)

1.對稱的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

機(jī)組運(yùn)行中汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，為了讓高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子能平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)上要求發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對稱。一般大型汽輪機(jī)是兩極轉(zhuǎn)子或者四極轉(zhuǎn)子。大型兩極汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 汽輪發(fā)電機(jī)兩極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

2.汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕緣

汽輪發(fā)電機(jī)一般為隱極式，其轉(zhuǎn)子的絕緣結(jié)構(gòu)如圖2所示，槽楔絕緣和槽襯絕緣為主絕緣，槽內(nèi)一般放置6～8匝線圈，匝與匝之間有匝間絕緣，正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子線圈匝與匝之間電壓一般只有幾伏到十幾伏，電壓較低，因此匝間絕緣一般采用Nomex紙或環(huán)氧浸漬玻璃薄片壓縮材料或者云母紙等類似的絕緣材料，其絕緣厚度一般在0.2～0.4 mm。為固定線圈，最上面裝置了槽鍥。

圖2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一個(gè)槽內(nèi)的絕緣結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子典型的工作環(huán)境特點(diǎn)是溫度高（可達(dá)150℃，B級溫升）、機(jī)械應(yīng)力強(qiáng)、機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)，工作環(huán)境非常惡劣，因匝間絕緣最為薄弱，是容易出現(xiàn)絕緣失效問題的部位。

二、RSO實(shí)驗(yàn)原理與方法

1.RSO實(shí)驗(yàn)原理與方法

RSO（the Recurrent Surge Oscillograph）重復(fù)脈沖試驗(yàn)法應(yīng)用的是波過程理論。當(dāng)行波沿繞組傳播到阻抗突變點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射波和透射波，由此在檢測點(diǎn)測得與正?；芈纷杩共灰粯拥捻憫?yīng)曲線，根據(jù)響應(yīng)曲線就可判斷轉(zhuǎn)子繞組中是否存在絕緣異常的點(diǎn)以及絕緣異常的程度。

試驗(yàn)接線如圖3所示，在重復(fù)脈沖法試驗(yàn)時(shí)，RSO測試儀在轉(zhuǎn)子正負(fù)兩極施加一個(gè)高頻低壓的脈沖信號，同時(shí)用示波器觀察相應(yīng)的輸出響應(yīng)信號，正常情況下，由于轉(zhuǎn)子繞組分布的對稱型，正負(fù)兩極的脈沖響應(yīng)信號應(yīng)該完全一致，反映在波形圖上，即兩條相應(yīng)曲線應(yīng)當(dāng)完全重合，其相減波為一條直線，一旦不能完全重合，相減波形出現(xiàn)凸起，說明轉(zhuǎn)子繞組絕緣存在異常。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)原理和方法，當(dāng)轉(zhuǎn)子匝間絕緣沒有問題時(shí)，示波器測得的波形圖如圖4所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子兩端輸入波形基本重合，相減波為一條平滑直線時(shí)，說明轉(zhuǎn)子匝間絕緣良好。

圖3 RSO試驗(yàn)接線示意圖

圖4 沒有匝間絕緣問題的測試波形圖

當(dāng)轉(zhuǎn)子匝間絕緣存在異常時(shí)，測試波形圖基本特征如圖5所示，轉(zhuǎn)子兩端輸入波形不重合，相減波為有凸起或者下凹的地方，說明轉(zhuǎn)子匝間絕緣有缺陷。

圖5 有匝間絕緣問題的測試波形圖

根據(jù)有匝間絕緣問題的試驗(yàn)波形圖，可以判斷是否存在匝間絕緣受損以及其嚴(yán)重程度，匝間短路的阻抗越大，那么反射波的幅值就越小，通過觀察相減波形的尖峰突起的幅值來判斷匝間絕緣受損的嚴(yán)重程度。根據(jù)這一特點(diǎn)，RSO試驗(yàn)方法能發(fā)現(xiàn)萌芽狀態(tài)的比較輕微的匝間絕緣問題，能為用戶檢修決策的提供重要參考，這是該方法與其他轉(zhuǎn)子絕緣檢測方法相比的最大優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)此波形圖中相減波還可以判斷故障的位置，圖6為計(jì)算匝間絕緣問題位置的模型圖，假設(shè)脈沖波從A端到B端所用時(shí)間是T，脈沖波從A端到故障點(diǎn)所用時(shí)間為T1，而整個(gè)繞組的長度為L，則可知故障點(diǎn)C距離A端的長度X=T1/T×L，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知脈沖波在轉(zhuǎn)子繞組上的傳播速度大約為1.11×108m/s，再根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組長度可以得出脈沖波在轉(zhuǎn)子中傳播時(shí)間T，而T1則是示波器上尖峰突起的時(shí)間的1/2，由此可以計(jì)算出X值，從而推出故障在第幾個(gè)線圈。

圖6 匝間絕緣問題定位模型圖

3.轉(zhuǎn)子繞組絕緣的RSO檢測法與其他檢測方法比較

通過與其他轉(zhuǎn)子繞組絕緣檢測方法進(jìn)行對比（表 1），就可得出 RSO檢測法有著兩方面的優(yōu)勢，一是轉(zhuǎn)子繞組匝間絕緣缺陷可早期發(fā)現(xiàn)，二是匝間短路的故障定位可準(zhǔn)確到具體的線圈。

三、結(jié)束語

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間絕緣的RSO檢測方法有著其它檢測法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，特別適合發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子狀況的跟蹤分析，適合推廣。大型發(fā)電機(jī)在剛出廠時(shí)，由于制造和設(shè)計(jì)原因，轉(zhuǎn)子繞組或多或少存在匝問絕緣不良的情況，剛開始由于癥狀不明顯，用一般方法難以發(fā)現(xiàn)，隨著長時(shí)間的運(yùn)行，匝問絕緣會(huì)逐漸惡化，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生短路，這個(gè)時(shí)候再檢測也只能確認(rèn)是否有短路發(fā)生，對預(yù)防發(fā)電機(jī)發(fā)生嚴(yán)重的匝間短路幫助不大。而RSO試驗(yàn)從發(fā)電機(jī)制造、安裝、調(diào)試直至全周期運(yùn)行都適用，對發(fā)電機(jī)狀況的監(jiān)測非常有利。對于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣狀況的監(jiān)測，如果能把動(dòng)態(tài)時(shí)的氣隙波形測量和每次停機(jī)大修時(shí)的RSO試驗(yàn)結(jié)合起來使用，將大大加強(qiáng)發(fā)電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測效果，這也是汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障監(jiān)測的綜合方法。

表1 轉(zhuǎn)子繞組絕緣的RSO檢測法與其它檢測方法比較