CN206975158U - 一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其包括周期性发出低压且前沿陡峭的重复脉冲波形信号的重复脉冲检测单元、放置在发电机的定子和转子之间的探测线圈、与重复脉冲检测单元和探测线圈分别电性连接的示波器。在发电机转子绕组发生匝间短路时，示波器通过接收重复脉冲检测单元的输出信号显示表征转子两极在发电机转子绕组发生匝间短路时的实时特征响应波形，还通过接收探测线圈的输出信号显示表征定子和转子之间的气隙磁通在发电机转子绕组发生匝间短路时的实时电压波形，示波器还显示事先存储的目标特征响应波形和目标电压波形。作业人员通过示波器显示的四条波形快速比对，及时判断发电机转子绕组是否发生匝间短路。

Description

一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，尤其涉及一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置。

背景技术

在大型汽轮发电机电气故障中，转子绕组匝间短路故障是比较常见的故障之一，所占的比例较大。轻微的转子绕组匝间短路故障对机组正常运行的影响不大且故障特征不明显，不易被运行人员发现，因此此类故障经常被忽略。但是一旦发电机转子匝间短路故障不断发展恶化，发电机内部的气隙磁通波形将会畸变，引起定子侧电压的不平衡，并在发电机的定子两条并联支路间产生高次谐波环流，加剧定子绕组的发热状况，影响发电机的无功出力，从而引起机组振动等机械故障的发生，最终出现轴电压升高，灼烧转子护环，发生机座及大轴磁化并进而烧伤轴瓦和大轴的严重后果。因此，研究如何准确诊断大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障对于消除影响电力***稳定运行的安全隐患，保证发电厂电气主设备的运行寿命具有重要意义。

目前在电力行业中，针对大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障，主要的离线检测方法有以下几种。

(1)直流电阻法

按照现行的DL/T 596《电力设备预防性试验规程》规定，在发电机交接和每次大修时，都应对转子绕组的直流电阻进行测量(冷态下)，并与原始数据(出厂数据或交接数据)进行比较，其变化值不应超过2％。理论上，当转子绕组发生匝间短路时，直流电阻值会降低。但由于大型汽轮发电机转子的总匝数较多(一般约160匝以上)，如果其中只有一两匝发生短路，即使测量足够精确，直流电阻减少值也不会超过1％。因此，直流电阻法的缺点是灵敏度较低，只有在短路匝数较多时，直流电阻值才呈现出明显的变化。

(2)空载及短路特性试验法

利用发电机空载和短路特性试验，通过比较所测参数值和特征曲线在正常或故障状态下的不同来判断是否发生转子绕组匝间短路故障。但由于受仪器测量精度限制，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，检测方法的灵敏度低。

(3)电压降法

在转子绕组中通入交流电，测量转子绕组两极电压，若两极电压相等，说明绕组不存在匝间短路；若两极电压不相等，说明绕组匝间存在短路故障。对于绕线式和具有辐向通风孔的转子，可以很方便的利用此方法进行测量，而对于其他形式的发电机转子，只有在拆下套箍时才能应用此方法。即检测方法的适用性差，不适合在电力行业内推广应用。

(4)开口变压器法

将转子置于定子膛外，通过滑环将交流电通到转子绕组中，在交流电的作用下，转子槽齿上产生交变磁通，利用开口变压器线圈上所感应电势大小的变化和电源电压夹角的变化来判断转子绕组匝间是否存在短路。本方法不能应用于转动状态下转子匝间短路的诊断，需停机抽出转子后才可以进行，实施困难。

(5)交流阻抗和功率损耗法

利用转子正常状态和存在匝间短路故障时，转子绕组交流阻抗值和功率损耗的变化来实现转子匝间短路故障的诊断。该方法具有简便、实用等优点，也可以在静态和动态下进行测量，但是交流阻抗法的测试结果受外部条件影响因素较多，检测方法有很大的局限性。除了受到转子槽楔的材料及槽楔与槽壁接触的紧密程度的影响之外，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时不能获得准确结论。

相对于以上几种离线的发电机转子匝间短路检测方法，可用于在线即发电机带负荷运行时转子匝间绝缘状况检测的方法少之又少，主要有以下2种：

(1)励磁电流增幅检测法

该方法不需要增加新的设备，通过对发电机在相同或相近工况(有功功率和无功功率)下励磁电流变化大小的分析，实现对发电机匝间绝缘状况的评估。该方法虽然实施简单，但准确性不足，不能反映发电机转子匝间是否存在短路故障。

(2)定子绕组并联支路环流特性分析法

发电机正常运行时，气隙磁场均匀对称，每相定子绕组的两条并联支路参数也近似相等，各支路在相应的谐波磁场中获得同大小、同相位的感应电势，支路间不存在环流。但当转子绕组匝间存在短路故障时，定子每相并联的两条支路之间存在偶次谐波的环流，其大小随匝间短路严重程度逐渐上升。但实际使用此方法时需加装电流传感器，***较复杂，且对单Y形绕组发电机无法判断。

综上所述，目前电力行业内用于检测发电机转子匝间绝缘状况的在线或离线检测方法从检测原理和实际应用效果来看，在诊断灵敏度、诊断准确性和诊断试验实施难度上均存在不同程度的缺点和不足，即尚无可实现对发电机转子绕组匝间短路状况进行实时准确检测的方法和手段。

实用新型内容

为解决对发电机转子绕组匝间短路状况进行实时准确检测的技术问题，本实用新型提供一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其能在发电机带负荷运行或发电机停机检修时，均可对发电机转子绕组匝间是否存在短路故障进行检测。

本实用新型的解决方案是：一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其包括周期性发出低压且前沿陡峭的重复脉冲波形信号的重复脉冲检测单元、放置在发电机的定子和转子之间的探测线圈、与所述重复脉冲检测单元和所述探测线圈分别电性连接的示波器；

在发电机转子绕组发生匝间短路时，一方面，导致所述重复脉冲波形信号在故障点处发生反射与折射且由所述重复脉冲检测单元捕获而由此输出产生变化的实时波形信号，另一方面，导致发电机的定子和转子之间的气隙磁通发生畸变而产生变化的实时电压信号；所述示波器通过接收所述实时波形信号显示表征发电机的转子两极在发电机转子绕组发生匝间短路时的实时特征响应波形，还通过接收所述实时电压信号显示表征发电机的定子和转子之间的气隙磁通在发电机转子绕组发生匝间短路时的实时电压波形，所述示波器还同时显示事先存储有发电机的转子两极在正常工作状态下的目标特征响应波形、以及发电机的定子和转子之间的气隙磁通在正常工作状态下的目标电压波形。

作为上述方案的进一步改进，所述检测装置还包括与所述示波器电性连接的显示屏，所述显示屏显示所述示波器显示的四条波形。

作为上述方案的进一步改进，重复脉冲检测单元、探测线圈、示波器集成在一个外壳中。

进一步地，所述外壳上设置从所述重复脉冲检测单元引出的三个接线端子，分别发电机的接转子正极滑环、转子负极滑环、转子大轴。

进一步地，所述外壳上设置分别从所述探测线圈的两端引出的两个接线端子。

进一步地，所述外壳内设置对所述重复脉冲检测单元和所述探测线圈分别供电的电源，所述电源从所述外壳上引出接地端子和220V交流电源端子。

优选地，所述外壳上设置所述电源的电源开关。

一旦示波器显示以上四条波形，作业人员就可以通过观察示波器内的波形差异判断发电机转子绕组是否发生匝间短路。具体为，如果观察到目标特征响应波形和实时特征响应波形明显不相同，或不重叠，就可以人为判定发电机转子绕组发生了匝间短路；如果目标电压波形和实时电压波形明显不相同，或不重叠也可以人为判定发电机转子绕组发生了匝间短路。为了简化人工判断的工作量，在实际运作中，也可以通过人工相减波幅值的最大值和相减波幅值最大值对应的时间轴位置来分析研究转子匝间短路的故障信息。

附图说明

图1是本实用新型导发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置的结构示意图。

图2是图1中重复脉冲检测单元的接线示意图。

图3是图1中探测线圈的接线示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型的发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置包括重复脉冲检测单元1、探测线圈2、示波器3。

重复脉冲检测单元1周期性发出低压且前沿陡峭的重复脉冲波形信号，所述重复脉冲波形信号在发电机转子绕组4发生匝间短路时，在故障点处发生反射与折射，且由所述重复脉冲检测单元1捕获后由此输出信号表征发电机的转子6两极的实时特征响应波形。重复脉冲检测单元1的具体连接方式如图2所示，重复脉冲检测单元1的具有三个连接端子：端子A接转子正极滑环9，端子B接转子负极滑环10，端子C接转子大轴11；当端子C周期性发出低压且前沿陡峭的重复脉冲波形信号，端子A和端子B在发电机转子绕组4发生匝间短路时捕获表征发电机的转子6两极的实时特征响应波形的信号。

如图3所示，探测线圈2放置在发电机的定子5和转子6之间，所述探测线圈2的两端在发电机转子绕组4发生匝间短路时，由此输出信号表征发电机的定子5和转子6之间的气隙磁通Φ由此发生畸变而产生变化的实时电压波形。探测线圈2具有两个接线端子：分别从线圈的两端引出端子F和端子G。

在发电机转子绕组4发生匝间短路时，一方面，导致所述重复脉冲波形信号在故障点处发生反射与折射且由所述重复脉冲检测单元1捕获而由此输出产生变化的实时波形信号，另一方面，导致发电机的定子5和转子6之间的气隙磁通发生畸变而产生变化的实时电压信号。

所述示波器3通过接收所述实时波形信号显示表征发电机的转子6两极在发电机转子绕组4发生匝间短路时的实时特征响应波形，还通过接收所述实时电压信号显示表征发电机的定子5和转子6之间的气隙磁通在发电机转子绕组4发生匝间短路时的实时电压波形，所述示波器3还同时显示事先存储的发电机的转子6两极在正常工作状态下的目标特征响应波形、以及发电机的定子5和转子6之间的气隙磁通在正常工作状态下的目标电压波形。目标特征响应波形、目标电压波形不一定和特征响应波形、电压波形同步显示再示波器3中，还可以提前显示在示波器3中，或者一直显示在示波器3中。

也就是说，示波器3显示四条波形，四条波形包括：事先存储在所述示波器3内的发电机的转子两极在正常工作状态下的目标特征响应波形，事先存储在所述示波器3内的发电机的定子5和转子6之间的气隙磁通在正常工作状态下的目标电压波形，通过接收所述重复脉冲检测单元1的输出信号并由此形成发电机的转子6两极在发电机转子绕组4发生匝间短路时的实时特征响应波形，通过接收所述探测线圈2的输出信号并由此形成发电机的定子5和转子6之间的气隙磁通在发电机转子绕组4发生匝间短路时的实时电压波形。

一旦示波器3显示以上四条波形，作业人员就可以通过观察示波器内的波形差异判断发电机转子绕组是否发生匝间短路。具体为，如果观察到目标特征响应波形和实时特征响应波形明显不相同，或不重叠，就可以人为判定发电机转子绕组发生了匝间短路；如果目标电压波形和实时电压波形明显不相同，或不重叠也可以人为判定发电机转子绕组发生了匝间短路。当然，在本实施例中，都是采用人工去判断，虽然本实施例采用人工去判断，不涉及任何软件部分，但是在其他实施例中，也可以设计程序实现智能式判断，实现智能化的全自动检测功能。

另外，为了简化人工判断的工作量，在实际运作中，也可以通过人工相减波幅值的最大值和相减波幅值最大值对应的时间轴位置来分析研究转子匝间短路的故障信息。

同时，为了更加清晰的显示四条波形，以便作业人员能够更好的人工比较，检测装置还可以设置与所述示波器3电性连接的显示屏，所述显示屏显示所述示波器3显示的四条波形。毕竟示波器3的屏幕比较小，显示屏可以做大更直观。

重复脉冲检测单元1的外壳上和探测线圈2的外壳上都可以设置状态指示灯7，用于分别指示重复脉冲检测单元1和探测线圈2的工作状态。整个检测装置在制作时，可集成在一起，也可设置整体电源分别给重复脉冲检测单元1和探测线圈2供电，电源引出接地端子D和220V交流电源端子E。整个检测装置还可以设置所述电源的电源开关8。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其特征在于：其包括周期性发出低压且前沿陡峭的重复脉冲波形信号的重复脉冲检测单元、放置在发电机的定子和转子之间的探测线圈、与所述重复脉冲检测单元和所述探测线圈分别电性连接的示波器；

在发电机转子绕组发生匝间短路时，一方面，导致所述重复脉冲波形信号在故障点处发生反射与折射且由所述重复脉冲检测单元捕获而由此输出产生变化的实时波形信号，另一方面，导致发电机的定子和转子之间的气隙磁通发生畸变而产生变化的实时电压信号；所述示波器通过接收所述实时波形信号显示表征发电机的转子两极在发电机转子绕组发生匝间短路时的实时特征响应波形，还通过接收所述实时电压信号显示表征发电机的定子和转子之间的气隙磁通在发电机转子绕组发生匝间短路时的实时电压波形，所述示波器还同时显示事先存储的发电机的转子两极在正常工作状态下的目标特征响应波形、以及发电机的定子和转子之间的气隙磁通在正常工作状态下的目标电压波形。

2.如权利要求1所述的发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括与所述示波器电性连接的显示屏，所述显示屏显示所述示波器显示的四条波形。

3.如权利要求1所述的发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其特征在于：重复脉冲检测单元、探测线圈、示波器集成在一个外壳中。

4.如权利要求3所述的发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其特征在于：所述外壳上设置从所述重复脉冲检测单元引出的三个接线端子，分别发电机的接转子正极滑环、转子负极滑环、转子大轴。

5.如权利要求3所述的发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其特征在于：所述外壳上设置分别从所述探测线圈的两端引出的两个接线端子。

6.如权利要求3所述的发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其特征在于：所述外壳内设置对所述重复脉冲检测单元和所述探测线圈分别供电的电源，所述电源从所述外壳上引出接地端子和220V交流电源端子。

7.如权利要求6所述的发电机转子绕组匝间短路状况的检测装置，其特征在于：所述外壳上设置所述电源的电源开关。