[实用新型]匝间短路测试装置

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及匝间短路测试装置。

【背景技术】

随着大容量发电机的制造技术越来越先进，对转子绕组的可靠性要求日益增高。在转子电气绝缘事故中，发电机转子绕组匝间短路故障占有较大比例。转子匝间短路故障会产生很大的危害，首先，由于匝间短路导致不2对称电流以及功率损耗的增大，短路点局部过热会导致绝缘烧损接地、导线过热会导致变形或烧熔，故障的进一步发展会造成烧坏护环、大轴磁化，或烧伤轴颈和轴瓦等，甚至会造成转子烧损事故；其次，由于匝间短路在气隙磁通中形成不对称磁场分量，会引起一系列的轴系振动问题。因此，进行匝间短路故障的早期预报是十分必要的。

一种隐极式汽轮发电机，其转子采用的制造工艺是，在转子表面沿轴向铣有安放转子绕组的槽，每槽内安放6-8匝线圈，导线对地(转子本体)有槽衬绝缘，导线对槽楔有槽楔绝缘，每匝之间有匝间绝缘。

为了保证转子在高速旋转下不产生振动，嵌入槽内绕组导线的截面形状、主绝缘、匝间绝缘应严格保证对称，将转子绕组展开后，如图1所示，从电路方面看，应当是严格对称的。

按照电路分析原理，对发电机转子绕组回路应采用全电路，即高频响应等值电路分析方法，如图2所示。其中，L1～Ln为绕组电感；R1～Rn为绕组直流电阻；Czj1～Czjn为绕组匝间电容；Rzj1～Rzjn为绕组匝间绝缘电阻；Rj_1～Rj_n为绕组对地绝缘电阻；Cj_1～Cj_n为绕组对地电容。

目前，常用的匝间短路检测方法一般为：直流电阻、发电机的空载、短路特性曲线、交流阻抗和功率损耗、微分探测线圈波形等。

(1)直流电阻

按照DL/T596-1996规定，发电机每次大修时，应对转子绕组的直流电阻进行测量(冷态下)，并与原始数据比较，当换算到同温度时其变化不应超过2％。当用直流电阻法测量转子绕组的直流电阻时，其电感、电容将不起作用，其等值电路如图3所示。

该测试方法的不足之处在于，一般发电机转子每极大约6-8槽，每槽大约6-8匝，共计110匝左右，直流电阻在mΩ级，从转子结构特点看大跨度的匝间绝缘破坏或发生金属性短路的概率非常小，一般只会在相邻匝之间发生，所以即便是发生金属性短路其总阻值变化也小于1％，总阻值应该变化很小；另外，如果每次测量时使用的仪器不同，其测量结果将难以比较，因此直流电阻测量法的灵敏度很低。

(2)阻抗和功率损耗

该方法是目前常用的判断转子静态绕组匝间短路的方法；试验电源通常是50Hz，当用50Hz电源测量转子交流阻抗时，绕组匝间电容Czj1～Czjn、绕组对地电容Cj_1～Cj_n视为开路；绕组匝间绝缘电阻Rzj1～Rzjn、绕组对地绝缘电阻Rj_1～Rj_n视为无穷大，结果等值电路如图4所示。

该测试方法的不足之处在于，此项测试将在转子出膛前、转子膛外、转子进膛后、冲转中不同转速等工况下进行，通常是读取电压、电流、功率损耗，交流阻抗值是通过运算得到的，一般在4～8Ω。从交流阻抗数据分析可以得出，在50Hz交流作用下，转子只是一个基本纯感性的电感，当绕组匝间绝缘电阻发生变化时是不会改变电感量，只有在发生金属性匝间短路时才会改变电感量，其变化量应小于1％，换算为阻抗后变化量也是小于1％，灵敏度很低。功率损耗只是消耗在导线上的电阻性损耗，即铜损，反映的是电阻的变化情况，其变化量也很小，灵敏度也很低。并且，交流阻抗和功率损耗试验受膛内膛外、定转子之间的气隙、转子转速、短路电阻及部位、试验电压高低、槽楔和护环结构等很多因素影响，因此很难定出统一标准。因此，该测试方法的分析需要将本次测量值与前次测量值进行比较，并结合其他的测试方法，综合判断才能得出结论，可靠性低。

(3)测量发电机的空载、短路特性曲线

该方法由于受测量精度的限制，一般在转子绕组短路的匝数超过总匝数的3～5％时，才能在空载和短路特性曲线上反映出来。所以，其灵敏度也较低，只能作为次要判决，需要与直流电阻法、交流阻抗法一起才能判定匝间短路故障。

(4)微分线圈探测

该技术是基于发电机转子励磁电流所产生的主磁通和槽中的漏磁通密度的测量；这种方法需在定子槽齿上安装微型探测线圈作为传感器，探测线圈测得的电压尖脉冲是槽内有效匝数的槽漏磁和气隙磁通密度波形畸变的合成。当探测线圈距转子表面距离越小，则测量到的感应电压就越高，灵敏度也就越高。该方法在判断金属性匝间短路故障时，是比上述三种方法要灵敏的多，