[发明专利]发电机转子绕组匝间绝缘故障的检测装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明有关一种绝缘故障的检测装置及检测方法，特别是指一种针对发电机转子绕组匝间绝缘故障的检测装置及检测方法。

背景技术

由于制造质量不良、检修不当、运行维护不及时等原因，发电机转子绕组经常发生转子接地、绕组匝间短路等绝缘故障，对转子接地故障，一般通过测量绝缘电阻试验就能检测，但对于发电机转子绕组匝间短路故障，虽然已有一些检测方法，如气隙线圈法、交流阻抗及功率损耗法、直流电阻法、空载及短路特性试验法等方法，但都存在一定的不足。分别如下：

（1）交流阻抗法及功率损耗法

此方法的原理是：当转子绕组中存在匝间短路时，在交流电压作用下流经短路线圈中的短路电流要比正常电流大许多，该短路电流有强烈的去磁作用，即使在短路匝数很少时效果也十分明显，当绕组中发生匝间短路时，其交流阻抗大大下降，功率损耗明显增加。因此，通过对转子绕组中每个磁极交流阻抗值的相互比较，或与以前测量值相比较，即可以判断绕组是否存在匝间短路。但是转子绕组交流阻抗及功率损耗的测试受诸多因素影响，如转子槽楔的材料和槽楔与槽壁接触的紧密程度，还受到转动状态下的定子附加损耗、转子本体剩磁、试验时施加电压的高低、试验电源频率、波形的谐波分量等多种因素的影响，对判定较轻微的匝间短路故障有时不能获得准确结论，尤其是匝间短路的初期，无法检测出来，并且发电机的交流阻抗在其出厂投运后因运行时线圈受到的离心力引起的蠕动等与出厂时的差异特别巨大，一般可达5%，高者甚至可达10%，所以有时候交流阻抗法甚至无法准确判断发电机是否发生转子匝间短路。

（2）直流电阻法

测量转子绕组的直流电阻也可以检测发电机转子绕组匝间短路，我国《电力设备预防性试验规程》中规定，发电机大修时应在冷态下测量转子绕组的直流电阻，与初次（交接或大修）所测结果比较，其差别不应超过2%。理论上，当绕组发生匝间短路时，转子绕组的直流电阻值会减小，但因发电机转子绕组的总匝数较多，如果其中只有一、两匝短路，即使测量很精确，直流电阻减小值也不超过1%，因此，直流电阻法的灵敏度相对来说是很低的，不能作为诊断匝间短路的主要方法，只能作为综合诊断时的参考。

（3）气隙线圈探测法

这种方法最早是由美国的Albright在1971年提出来的。它是将探测线圈装在定、转子气隙内（也称气隙线圈），这样既可以测量磁通的径向分量，也可以测量磁通的切向分量。其基本原理是通过气隙线圈把发电机气隙中的旋转磁场进行微分，然后将此微分信号引入示波器进行分析。由于不同的旋转磁场信号微分后的波形不一样，特别是正常和故障情况有很大的差别，所以对微分波形进行分析即可诊断出转子绕组是否存在匝间短路故障，加以定位信号辅助还可以准确显示出故障槽的位置。

在发电机带负载条件下，由于电枢反应干扰，探测效果并不明显，检测准确度也较差，气隙线圈探测法只能在发电机空载和三相短路的情况下进行。这种方法只能在转子处于旋转状态下测量，静止状态不能采用，所以在转子安装前和半成品时不能采用，该方法适合电机在线监测。但国内绝大多数电厂现有及新设计的电机中，极少装有这种测量线圈，并且安装这种线圈也比较复杂，需要的停机时间也很长。

（4）空载和短路特性试验法

利用发电机空载和短路特性试验在正常和故障状态下所测参数值与特征曲线的不同来判断是否发生转子绕组匝间短路故障。当转子绕组发生匝间短路时，其三相短路特性曲线、空载特性曲线和未短路前相比，斜率将会下降；但由于受测量精度的限制，一般在转子绕组短路匝数超过总匝数的3%～5%时，才能在空载和短路特性曲线上反应出来。所以，与直流电阻法相似，空载与短路特性法对匝间短路故障的检测也不够灵敏，只能作为综合判断发电机转子绕组有无匝间短路的方法之一。

对上述几种检测方法的灵敏度、试验检测的难易程度、故障定位的准确程度以及检测方法的整体性能进行评估，直流电阻法和交流阻抗法能进行停机静态检测，但检测准确性、灵敏性不高。空载和短路特性试验法、气隙线圈探测法适合在旋转状态进行检测，由于影响因素多，准确性和灵敏性也不高。尤其是发电机组停机小修时一般不抽转子，在定子膛内密封，只能进行简单的直阻和交流阻抗及功率损耗测量，如果检测不准确，将对发电机运行安全极为不利。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种停机静态情况下，发电机转子无论在定子膛内和膛外，都能够准确进行的发电机转子绕组匝间绝缘故障的检测装置及检测方法。