摘要：測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗和功率損耗是判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有無匝間短路的zui有效、靈敏和可靠的方法之一。文章介紹了轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的危害及特點(diǎn)，分析了目前發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)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，zui后給出了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗測試應(yīng)注意的幾個(gè)問題。
        關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子；交流阻抗；測試；選型
        1、引言
        隨著電力生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，電氣設(shè)備變得更加精密和復(fù)雜，設(shè)備故障造成的經(jīng)濟(jì)損失和影響也越來越大。設(shè)備維修方式和監(jiān)視方法更加受到關(guān)注。
        發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子作為發(fā)電機(jī)組的重要組成部分之一，是轉(zhuǎn)易出現(xiàn)故障的部位。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通常有多個(gè)勵(lì)磁線圈、線圈引線、阻尼繞組，這些部件在設(shè)備運(yùn)行過程中承受較大的電流及離心力，在超過部件極限強(qiáng)度的情況下，將導(dǎo)致大的事故發(fā)生。
        發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中，由于受機(jī)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(fā)生轉(zhuǎn)子匝間短路故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路所占的比重較大。匝間短路嚴(yán)重時(shí)，轉(zhuǎn)子電流增大，影響機(jī)組出力，短路點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生局部高溫，轉(zhuǎn)子電流增大，繞組溫度增高，限制發(fā)電機(jī)的無功出力，影響電能質(zhì)量，燒壞絕緣和導(dǎo)體，甚至發(fā)展為接地故障或因磁場拉力不均而強(qiáng)烈震動(dòng)，影響發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行。因此發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路就應(yīng)立即查明原因并將其消除。
        2、轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的危害及特點(diǎn)
        大多數(shù)發(fā)電機(jī)都發(fā)生過或存在轉(zhuǎn)子繞圈匝間短路的故障，由于其對機(jī)組正常運(yùn)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(yùn)行下去，匝間短路故障會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子線圈一點(diǎn)甚至多點(diǎn)接地。匝間短路發(fā)生的主要原因是①轉(zhuǎn)子端部繞組匝間絕緣在運(yùn)行中受熱應(yīng)力和機(jī)械離心力的綜合作用下被損壞，造成匝間短路。②小的導(dǎo)電粒子或碎渣進(jìn)入線圈端部及通風(fēng)溝，轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔被異物堵塞，造成通風(fēng)冷卻不良，匝間絕緣過熱損壞，導(dǎo)致匝間短路。③由于制造或大修時(shí)工藝不良，轉(zhuǎn)子繞組銅線或焊接處有毛刺，在運(yùn)行中受各種力的作用刺破匝間絕緣引起匝間短路。④護(hù)環(huán)下轉(zhuǎn)子各線圈間絕緣墊塊松動(dòng)，在運(yùn)行中受各種力的綜合作用，墊塊在轉(zhuǎn)子線圈邊緣做反復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于線圈側(cè)面裸露，墊塊反復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的銅末導(dǎo)致匝間絕緣發(fā)熱，長時(shí)間發(fā)熱使絕緣層燒壞炭化，引起*性的匝間短路。
        匝間短路能引起轉(zhuǎn)子熱不平衡、轉(zhuǎn)子漏磁場發(fā)生變化、定子繞組并聯(lián)支路的環(huán)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(dāng)線圈發(fā)生匝間短路時(shí)，不同的接觸電阻將使熱損耗發(fā)生變化，接觸電阻越小，短路損耗越大，當(dāng)繞組有一半電流被旁路時(shí)，短路損耗將達(dá)線圈總損耗的四分之一，短路會(huì)導(dǎo)致繞組總損耗減小，轉(zhuǎn)子平均溫度降低，而故障點(diǎn)短路損耗增加導(dǎo)致局部溫度升高，熱膨脹在很小范圍內(nèi)發(fā)生，因而造成轉(zhuǎn)子發(fā)生不同程度的彎曲，振動(dòng)增加。轉(zhuǎn)子線圈發(fā)生匝間短路故障時(shí)，會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)增大；勵(lì)磁電流增大，振動(dòng)幅值增大；在勵(lì)磁電壓不變的情況下，勵(lì)磁電流增大。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是電力系統(tǒng)中常見的故障。當(dāng)此類故障發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)子電流增大，繞組溫度升高，限制發(fā)電機(jī)的出力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。
        因此及早發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路對發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行有著重要意義。
        3、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測試方法
        測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗和功率損耗是判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有無匝間短路的zui有效、靈敏和可靠的方法之一。
        發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗測試時(shí)發(fā)電機(jī)在交接試驗(yàn)、預(yù)防性試驗(yàn)以及轉(zhuǎn)子故障判斷中必做的一個(gè)常規(guī)試驗(yàn)項(xiàng)目，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程，電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》、DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》以及原國家電力公司公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中均有明確規(guī)定。目前，測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗和功率損耗，傳統(tǒng)的測量方法是采用多個(gè)測量儀器儀表（如隔離變壓器、調(diào)壓器、電壓表、電流表、功率表以及電流互感器等），在現(xiàn)場組裝后進(jìn)行測量。試驗(yàn)主要靠人工同時(shí)操作讀表以及用對講機(jī)，一般需要4人以上完成本試驗(yàn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，讀表精度差，有時(shí)還需返工。這種需要很多種測量儀器組建測量系統(tǒng)的方法存在試驗(yàn)設(shè)備笨重、整理數(shù)據(jù)繁瑣、測量準(zhǔn)確度不高且不安全等缺點(diǎn)。該試驗(yàn)一般在發(fā)電機(jī)啟動(dòng)階段進(jìn)行，為了節(jié)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(jī)兩個(gè)臨界轉(zhuǎn)速的限制，發(fā)電機(jī)在升速過程中對交流阻抗測試不同轉(zhuǎn)速的要求無法滿足，有時(shí)只能測量幾個(gè)點(diǎn)，這樣，給試驗(yàn)造成很大壓力。 
        4、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測試儀
        隨著計(jì)算機(jī)測試技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字電路和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)大量應(yīng)用于電力工業(yè)，新的微處理器和算法不斷涌現(xiàn)，一種全新的智能測量裝置——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測試儀應(yīng)用而生，給廣大電氣試驗(yàn)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(zhuǎn)速的測試以及交流阻抗的分析運(yùn)算，采用單片微處理技術(shù)，全屏給出所有參數(shù)值，可在不同的轉(zhuǎn)速下連續(xù)測量，并可進(jìn)行打印。且為便攜式設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析、運(yùn)算，一人操作即可進(jìn)行，可大為緩解現(xiàn)場人員壓力，同時(shí)，測量精度得到提高。同時(shí)，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(yàn)以及電壓互感器、電流互感器的伏安特性試驗(yàn)。
        5、交流阻抗測試儀選型要求
        發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測試儀是現(xiàn)場使用頻率較高的一種試驗(yàn)裝置。由于目前發(fā)電機(jī)數(shù)量急增，新老機(jī)組維護(hù)需求必然加大，目前，此類儀器市場廣大。產(chǎn)品主要用于檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有無靜態(tài)及動(dòng)態(tài)匝間短路缺陷，同時(shí)應(yīng)具有如下功能特點(diǎn)：
       （1）可迅速測量各種同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)交流阻抗；
       （2）可做電力變壓器的單相短路和空載特性試驗(yàn)；
       （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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、頻率；
       （5）可選擇自動(dòng)測量和手動(dòng)測量兩種方式；
       （6）具有不同電壓下交流阻抗~轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速曲線實(shí)時(shí)繪制功能，實(shí)時(shí)顯示測試數(shù)據(jù)和曲線，曲線坐標(biāo)自動(dòng)縮放，便于清晰讀圖；
       （7）具有存儲(chǔ)和打印功能；
       （8）可與PC機(jī)聯(lián)機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下載和編輯測試報(bào)告；
       （9）全漢字菜單提示，簡單直觀、操作方便；
      （10）過壓、過流保護(hù)；
      （11）不掉電日歷，始終功能。
        6、參考技術(shù)指標(biāo)
        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(chǔ)，采用V/A法接線，在單片機(jī)控制下由高速A/D轉(zhuǎn)換器和電參數(shù)采集模塊對電路中電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行同步采樣，并自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算求出Z值。儀器精度一般為0.2/0.5級即可滿足現(xiàn)場試驗(yàn)要求，相關(guān)參考技術(shù)指標(biāo)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(zhuǎn)速：0~4000rpm
        頻率：45~55Hz
        儀器工作電源：交流220V±10%
         7、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗測試應(yīng)注意的幾個(gè)問題
      （1）轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗(yàn)是檢查轉(zhuǎn)子線圈有無匝間短路故障的一種常規(guī)有效的方法，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子屬重大電氣設(shè)備，所以在試驗(yàn)方法上，對轉(zhuǎn)子交流阻抗測試有著嚴(yán)格的要求，當(dāng)轉(zhuǎn)子冷卻方式為水冷，轉(zhuǎn)子存在一點(diǎn)接地故障以及在測量0~3000轉(zhuǎn)/min下動(dòng)態(tài)交流阻抗時(shí)，為避免在試驗(yàn)過程中轉(zhuǎn)子才故意出現(xiàn)接地故障而燒壞線圈及鐵芯，必須采用隔離調(diào)壓方式。
     （2）測量交流阻抗應(yīng)在相同條件和相同電壓下進(jìn)行。當(dāng)轉(zhuǎn)子存在匝間短路時(shí)，交流阻抗就會(huì)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(huì)因?yàn)樵验g短路而增加，另一方面又會(huì)隨著電壓的降低而降低，兩方面的因素影響結(jié)果使得交流損耗可能增加也可能減小，這一不確定性會(huì)給判斷造成困難。
     （3）轉(zhuǎn)子電流是觸發(fā)匝間短路的因素之一。一般在常規(guī)轉(zhuǎn)子試驗(yàn)中僅能做靜態(tài)、動(dòng)態(tài)交流阻抗試驗(yàn)。而轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障有時(shí)在靜態(tài)、動(dòng)態(tài)下不一定出現(xiàn)，而是在轉(zhuǎn)子電流增大時(shí)才開始出現(xiàn)。轉(zhuǎn)子電流的出現(xiàn)會(huì)產(chǎn)生電磁力和熱膨脹兩種效應(yīng)。這兩種效應(yīng)都會(huì)對轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生擠壓作用。匝間短路出現(xiàn)時(shí)，與旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的電磁力和熱膨脹力都可能有關(guān)。一般情況下，轉(zhuǎn)子的交流阻抗會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的增加有所降低。當(dāng)存在動(dòng)態(tài)匝間短路現(xiàn)象時(shí)，交流阻抗會(huì)發(fā)生突變。
     （4）轉(zhuǎn)子單個(gè)磁極線圈的交流阻抗值小于平均阻抗值時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步清掃后作轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗(yàn)，如清掃后測量值比清掃前無明顯改善，可認(rèn)為線圈內(nèi)部存在匝間短路故障，應(yīng)找出故障部位，進(jìn)行修理。
     （5）試驗(yàn)時(shí)施加電壓的峰值不應(yīng)超過額定勵(lì)磁電壓值。