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摘要：測量發電機轉子繞組的交流阻抗和功率損耗是判斷發電機轉子繞組有無匝間短路的最有效、靈敏和可靠的方法之一。文章介紹了轉子繞組匝間短路的危害及特點，分析了目前發電機轉子交流阻抗測試方法存在的問題，提出了交流阻抗測試儀選型要求，最后給出了發電機轉子繞組交流阻抗測試應注意的幾個問題。
        關鍵詞：發電機轉子；交流阻抗；測試；選型

        1、引言
        隨著電力生產的迅猛發展，電氣設備變得更加精密和復雜，設備故障造成的經濟損失和影響也越來越大。設備維修方式和監視方法更加受到關注。
        發電機的轉子作為發電機組的重要組成部分之一，是轉易出現故障的部位。發電機轉子通常有多個勵磁線圈、線圈引線、阻尼繞組，這些部件在設備運行過程中承受較大的電流及離心力，在超過部件極限強度的情況下，將導致大的事故發生。
        發電機轉子在運行中，由于受機械力、溫度、油污等因素的影響，再加上制造工藝、絕緣材料存在的問題，易發生轉子匝間短路故障。據統計，電力系統中發電機轉子繞組發生匝間短路所占的比重較大。匝間短路嚴重時，轉子電流增大，影響機組出力，短路點處會產生局部高溫，轉子電流增大，繞組溫度增高，限制發電機的無功出力，影響電能質量，燒壞絕緣和導體，甚至發展為接地故障或因磁場拉力不均而強烈震動，影響發電機正常運行。因此發電機轉子繞組發生匝間短路就應立即查明原因并將其消除。
        2、轉子繞組匝間短路的危害及特點
        大多數發電機都發生過或存在轉子繞圈匝間短路的故障，由于其對機組正常運行影響不大或故障特征不明顯，許多匝間短路故障都被忽略，但長期運行下去，匝間短路故障會導致轉子線圈一點甚至多點接地。匝間短路發生的主要原因是①轉子端部繞組匝間絕緣在運行中受熱應力和機械離心力的綜合作用下被損壞，造成匝間短路。②小的導電粒子或碎渣進入線圈端部及通風溝，轉子通風孔被異物堵塞，造成通風冷卻不良，匝間絕緣過熱損壞，導致匝間短路。③由于制造或大修時工藝不良，轉子繞組銅線或焊接處有毛刺，在運行中受各種力的作用刺破匝間絕緣引起匝間短路。④護環下轉子各線圈間絕緣墊塊松動，在運行中受各種力的綜合作用，墊塊在轉子線圈邊緣做反復運動，由于線圈側面裸露，墊塊反復運動產生的銅末導致匝間絕緣發熱，長時間發熱使絕緣層燒壞炭化，引起永久性的匝間短路。
        匝間短路能引起轉子熱不平衡、轉子漏磁場發生變化、定子繞組并聯支路的環流及主軸軸承座的磁化，其影響程度多少取決于短路的程度及部位。當線圈發生匝間短路時，不同的接觸電阻將使熱損耗發生變化，接觸電阻越小，短路損耗越大，當繞組有一半電流被旁路時，短路損耗將達線圈總損耗的四分之一，短路會導致繞組總損耗減小，轉子平均溫度降低，而故障點短路損耗增加導致局部溫度升高，熱膨脹在很小范圍內發生，因而造成轉子發生不同程度的彎曲，振動增加。轉子線圈發生匝間短路故障時，會造成機組振動增大；勵磁電流增大，振動幅值增大；在勵磁電壓不變的情況下，勵磁電流增大。發電機轉子繞組匝間短路是電力系統中常見的故障。當此類故障發生時，轉子電流增大，繞組溫度升高，限制發電機的出力，嚴重時會影響發電機的正常運行。
        因此及早發現發電機轉子匝間短路對發電機安全運行有著重要意義。
        3、發電機轉子交流阻抗測試方法
        測量發電機轉子繞組的交流阻抗和功率損耗是判斷發電機轉子繞組有無匝間短路的最有效、靈敏和可靠的方法之一。
        發電機轉子繞組交流阻抗測試時發電機在交接試驗、預防性試驗以及轉子故障判斷中必做的一個常規試驗項目，國家標準GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程，電氣設備交接試驗標準》、DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規程》以及原國家電力公司公司《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中均有明確規定。目前，測量發電機轉子繞組的交流阻抗和功率損耗，傳統的測量方法是采用多個測量儀器儀表（如隔離變壓器、調壓器、電壓表、電流表、功率表以及電流互感器等），在現場組裝后進行測量。試驗主要靠人工同時操作讀表以及用對講機聯系，一般需要4人以上完成本試驗，費時費力，讀表精度差，有時還需返工。這種需要很多種測量儀器組建測量系統的方法存在試驗設備笨重、整理數據繁瑣、測量準確度不高且不安全等缺點。該試驗一般在發電機啟動階段進行，為了節約鍋爐燃油消耗，工期較緊張；更為突出的問題是由于受汽輪機兩個臨界轉速的限制，發電機在升速過程中對交流阻抗測試不同轉速的要求無法滿足，有時只能測量幾個點，這樣，給試驗造成很大壓力。 
        4、發電機轉子交流阻抗測試儀
        隨著計算機測試技術的飛速發展，數字電路和數字信號處理技術大量應用于電力工業，新的微處理器和算法不斷涌現，一種全新的智能測量裝置——發電機轉子交流阻抗測試儀應用而生，給廣大電氣試驗人員提供了一種輕便、快捷、簡單、安全的測試儀器。可完成電壓、電流、功率、轉速的測試以及交流阻抗的分析運算，采用單片微處理技術，全屏給出所有參數值，可在不同的轉速下連續測量，并可進行打印。且為便攜式設計，計算機數據分析、運算，一人操作即可進行，可大為緩解現場人員壓力，同時，測量精度得到提高。同時，利用該儀器也可兼做電力變壓器單相短路和空載特性試驗以及電壓互感器、電流互感器的伏安特性試驗。
        5、交流阻抗測試儀選型要求
        發電機轉子交流阻抗測試儀是現場使用頻率較高的一種試驗裝置。由于目前發電機數量急增，新老機組維護需求必然加大，目前，此類儀器市場廣大。產品主要用于檢查發電機轉子繞組有無靜態及動態匝間短路缺陷，同時應具有如下功能特點：
       （1）可迅速測量各種同步發電機轉子的靜態、動態交流阻抗；
       （2）可做電力變壓器的單相短路和空載特性試驗；
       （3）可測量電壓互感器、電流互感器、消弧線圈的伏安特性；
       （4）同步測量并顯示交流電壓、交流電流、交流阻抗、有功功率、轉子轉速、頻率；
       （5）可選擇自動測量和手動測量兩種方式；
       （6）具有不同電壓下交流阻抗~轉子轉速曲線實時繪制功能，實時顯示測試數據和曲線，曲線坐標自動縮放，便于清晰讀圖；
       （7）具有存儲和打印功能；
       （8）可與PC機聯機實現數據下載和編輯測試報告；
       （9）全漢字菜單提示，簡單直觀、操作方便；
      （10）過壓、過流保護；
      （11）不掉電日歷，始終功能。
        6、參考技術指標
        交流阻抗測試儀的工作原理一般以交流歐姆定律Z=U/I為基礎，采用V/A法接線，在單片機控制下由高速A/D轉換器和電參數采集模塊對電路中電流、電壓、功率、轉子轉速等參數進行同步采樣，并自動進行運算求出Z值。儀器精度一般為0.2/0.5級即可滿足現場試驗要求，相關參考技術指標如下：
        交流阻抗：0~99.99Ω
        交流電壓：0~600V
        交流電流：0~120A
        有功功率 ：0~50kW 
        轉速：0~4000rpm
        頻率：45~55Hz
        儀器工作電源：交流220V±10%
         7、發電機轉子繞組交流阻抗測試應注意的幾個問題
      （1）轉子交流阻抗試驗是檢查轉子線圈有無匝間短路故障的一種常規有效的方法，由于發電機轉子屬重大電氣設備，所以在試驗方法上，對轉子交流阻抗測試有著嚴格的要求，當轉子冷卻方式為水冷，轉子存在一點接地故障以及在測量0~3000轉/min下動態交流阻抗時，為避免在試驗過程中轉子才故意出現接地故障而燒壞線圈及鐵芯，必須采用隔離調壓方式。
     （2）測量交流阻抗應在相同條件和相同電壓下進行。當轉子存在匝間短路時，交流阻抗就會下降，在同一電流下外施電壓必然降低。這樣一來，交流損耗一方面會因為匝間短路而增加，另一方面又會隨著電壓的降低而降低，兩方面的因素影響結果使得交流損耗可能增加也可能減小，這一不確定性會給判斷造成困難。
     （3）轉子電流是觸發匝間短路的因素之一。一般在常規轉子試驗中僅能做靜態、動態交流阻抗試驗。而轉子繞組匝間短路故障有時在靜態、動態下不一定出現，而是在轉子電流增大時才開始出現。轉子電流的出現會產生電磁力和熱膨脹兩種效應。這兩種效應都會對轉子繞組產生擠壓作用。匝間短路出現時，與旋轉時的離心力、轉子電流產生的電磁力和熱膨脹力都可能有關。一般情況下，轉子的交流阻抗會隨著轉速的增加有所降低。當存在動態匝間短路現象時，交流阻抗會發生突變。
     （4）轉子單個磁極線圈的交流阻抗值小于平均阻抗值時，應進一步清掃后作轉子交流阻抗試驗，如清掃后測量值比清掃前無明顯改善，可認為線圈內部存在匝間短路故障，應找出故障部位，進行修理。
     （5）試驗時施加電壓的峰值不應超過額定勵磁電壓值。