同步发电机转子绕组匝间短路测量方法

 转子绕组匝间短路是发电机一种常见的故障，但处理故障是比较麻烦的，而匝间短路不但会影响出力，而且会引起振动，因此，对此应加以重视。在《预规》中要求的测试交流阻抗及损耗，测试直流电阻，空载和短路试验往往还不能作为最终制定依据，根据匝间短路的性质(静态或动态)可以用感应电动势相量法和微分探测线圈法来进行判定。
    一、测量方法
    1．感应电动势相量法
    感应电动势相量法是利用开口变压器测量绕组中所感应的电压(电流)，其大小和相角与线槽上漏磁大小和相角有关，将各槽上测得的感应电压(电流)大小和相角相互比较，就可以判定转子绕组有无匝间短路，且可确定相应的槽号。其测量方法如下：
    (1)单开口变压器。单开口变压器接线如图1-1所示，将开口变压器置于转子中部，顺次在各槽上测量，调节移相器及记下移相器和真空管电压表读数，作出转子各绕组的相量图。

 (2)双开口变压器。双开口变压器接线如图1-2所示，在同一线槽或同一绕组对应的两个槽上各放两个开口变压器，一为发射变压器(可加1000～2000安匝工频电源)，一为接收变压器。在良好槽中，接收绕组的感应电压零，有短路匝的则感应出电压。
    目前这种测试仪器在国内已有生产。
    2．微分探测线圈法
    微分探测线圈法是转子在旋转时进行动态测试，其基本原理是对发电机的旋转磁场进行微分，根据波形来分析有无匝间短路及故障的槽位。其测量方法如下：
    制作微分探测线圈(用有机玻璃框绕制线圈，线径一般为Φ0.06～Φ1mm，匝数为50～300匝)将绕好的线圈嵌入一根Φ10mm的调管顶端，将引线绞成麻花状从铜管中引出。然后将测杆插入定、转子的空隙中(从铁芯背部通风孔中插入，必须固定牢固，防止移动而碰旋转的转子)，用示波器录制气隙磁密波形。小线圈输出的电动势为气隙磁密微分的结果，即
        e＝－ωs(dB／dt)        (1-19)
    式中 ω一一小线圈匝数；
         s一一小线圈面积。
    由波形的变化可以进行判断。

 二、实例说明
    1、实例1-1 转子绕组匝间短路的测试。
    某电厂一台100MW发电机，双水内冷，转子实槽28个，每极匝数为92。大槽匝数14(双排)，小槽匝数8(双排分布)额定转速3000r／min。在带负荷时出现了振动，且随负荷增加而上升，从历年直流电阻及交流阻抗试验已有匝间短路征兆，为了进一步判定进行了感应电动势相量法测试和微分线圈探测测试，测试结果如下。
    (1)感应电动势相量法。感应电动势相量法的测试数据见表1-1。

槽    号	Wab	Wbc	Wca		槽    号	Wab	Wbc	Wca
1	1.06	4.40	-5.56		28	1.04	4.64	-5.64
2	2.36	5.90	-8.30		27	2.50	6.12	-8.64
3	2.80	6.50	-9.30		26	2.70	7.32	-10.0
4*	-0.60	-13.2	13.7		25*	0.10	-18.4	18.4
5	3.20	6.30	-9.70		24	2.84	7.76	-10.6
6	3.36	5.50	-8.80		23	3.72	5.76	-9.40
7	3.26	4.96	-8.20		22	3.30	5.32	-8.70
8	3.20	4.70	-8.00		21	3.30	5.04	-8.40
9	3.30	4.64	-7.92		20	3.20	4.76	-7.96
10	3.30	4.36	-7.70		19	3.24	4.72	-8.00
11	3.50	4.24	-7.70		18	3.16	4.60	-7.76
12	2.92	4.60	-7.56		17	3.00	4.70	-7.64
13	2.24	4.76	-7.10		16	2.36	4.74	-7.06
14	0.76	3.52	-4.30		15	0.96	3.20	-4.16
注：也可用功率相量来说明感应电动势的相量。   *表示4、25槽(为同一线圈)有匝间短路。

 用表1-1的数据作相量投影图，如图1-3所示。
    根据表1-1和图1-3可看出，4、25号槽(为同一线圈)有匝间短路现象(反相)。
    (2)微分线圈探测法。微分线圈探测法分在空载和短路状态下测试。所测得的波形如图1-4及图1-5所示。使用Φ6mm，300匝线圈，引线接至SC-16光线示波器。
    由图1-4及图1-5可见，两槽波峰明显发生了畸变(即4 - 25槽)说明动态下也有匝间短路，这与静态分析是一致的。

 经解体(拔去护环)后发现，匝间短路在线圈端部，第25槽中1匝和13匝间严重短路，属于排间短路。另7～22槽有轻度匝间短路(过去用感应电动势法曾测得有短路)，但由于在超速中的离心力作用使匝间发生位移而消失。在处理后又进行了测试，波形已正常，测试结果见表1-2，功率相量亦无反相情况。此外还做了直流电阻及交流阻抗测试，结果也完全正常。转机后机组的振动值均在规程规定范围内。证明机组基本上恢复了正常工况。

槽    号	Wab	Wbc	Wca		槽    号	Wab	Wbc	Wca
1	-3.20	-1.00	4.20		28	-3.20	-1.00	4.20
2	-4.00	-2.20	6.40		27	-4.00	-2.30	6.40
3	-3.86	-3.00	6.80		26	-4.40	-2.80	7.20
4	-4.00	-3.20	7.20		25	-1.40	-4.40	5.80
5	-3.00	-3.60	6.60		24	-4.40	-2.80	7.20
6	-3.70	-3.10	7.00		23	-3.40	-3.50	6.90
7	-3.70	-3.00	6.80		22	-3.80	-3.00	6.80
8	-3.60	-3.00	6.60		21	-3.60	-3.00	6.60
9	-3.70	-3.00	6.80		20	-3.60	-2.90	6.50
10	-3.80	-3.00	6.60		19	-3.60	-2.90	6.50
11	-3.30	-3.20	6.60		18	-3.60	-2.80	6.40
12	-3.80	-2.60	6.40		17	-3.80	-2.70	6.40
13	-3.80	-2.00	6.00		16	-3.90	-2.00	6.00
14	-3.00	-0.70	3.70		15	-2.60	-1.00	3.60

    2、实例1-2 转子绕组匝间短路测试
    某电厂一台300MW发电机，水氢氢，转子共有40个分度不同的槽，其中12个为阻尼槽，28个为三阶梯形转子绕组槽。转子绕组为每槽九层，每极占14个槽，两极共126匝，每匝绕组由冷拉铜线分十段焊在一起，匝间绝缘为0.38mm。
    该机在《预试》中发现直流电阻和交流阻抗变化后，用探测线圈法在空载和短路下进行了测试。波形图如图1-6及图1-7所示。从波形中可见转子两极的4个大套均有短路现象，尤其是其中某一极的次大套绕组有严重匝间短路。

 在转子抽出后又做了双开口铁芯检测试验。发射铁芯放在被测线圈某一槽上，通以30A交流电电流，接收铁芯放在被测线圈另一槽上，并外接毫伏表和示波器，对14套线圈逐一测试，测试数据见表1-3。

转子极面	线圈(套)	测量电压(mV)		转子极面	线圈(套)	测量电压(mV)
A极面	4～37	50		A极面	11～30	9000
	5～36	30			12～29	1000
	6～35	40			13～28	8500
	7～34	2000			14～27	12000
	8～33	12000			15～26	20
	9～32	12000			16～25	20
	10～31	9000			17～24	25

 从表1-3数据可见，7～34、8～33、9～32.10～31、11～30、12～29、13～28及14～27共8套线圈比其他的线圈电压高1000倍以上，故认为存在匝间短路现象，这和动测法(微分线圈探测法)是一致的。
    为了进一步查找故障点，该机采用了直流压降法。
    (1)匝间压降法。即取下护环，拆除端部绝缘，通50～100A直流电流到转子绕组，对有匝间短路的8套线圈，分别测量每匝线圈间的压峰，如发现异常时，增加测点，根据分布规律，对可疑点增加测点，直至测出压降最低点，即为短路点。这种方法适用于一匝只对另一匝短路。
    (2)对于多匝线圈同时出现匝间短路的，可以采用分段压降法，即把线圈分为几个对称等长段，测量压降(如4段)比较等段长压降值，其正常值与异常值的交界点便为短路点。
    通过以上两种方法共找出17个短路点(其中3套线圈的7个短路点是用分段压降法找出的)。