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，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，最后給出了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組交流阻抗測試應(yīng)注意的幾個問題。

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)子通常有多個勵磁線圈、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，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，轉(zhuǎn)子電流增大，影響機(jī)組出力，短路點處會產(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，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

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，匝間短路故障會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子線圈一點甚至多點接地。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，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，由于線圈側(cè)面裸露，墊塊反復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生的銅末導(dǎo)致匝間絕緣發(fā)熱，長時間發(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，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，短路損耗將達(dá)線圈總損耗的四分之一，短路會導(dǎo)致繞組總損耗減小，轉(zhuǎn)子平均溫度降低，而故障點短路損耗增加導(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，振動增加。轉(zhuǎn)子線圈發(fā)生匝間短路故障時，會造成機(jī)組振動增大；勵磁電流增大，振動幅值增大；在勵磁電壓不變的情況下，勵磁電流增大。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，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)重時會影響發(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、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發(fā)電機(jī)在交接試驗、預(yù)防性試驗以及轉(zhuǎn)子故障判斷中必做的一個常規(guī)試驗項目，國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50150-2006《電氣裝置安裝工程，電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》、DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(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重點要求》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。試驗主要靠人工同時操作讀表以及用對講機(jī)聯(lián)系，一般需要4人以上完成本試驗，費(fèi)時費(fèi)力，讀表精度差，有時還需返工。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。該試驗一般在發(fā)電機(jī)啟動階段進(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，有時只能測量幾個點，這樣，給試驗造成很大壓力。

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，計算機(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，測量精度得到提高。同時，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以及電壓互感器、電流互感器的伏安特性試驗。

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)及動態(tài)匝間短路缺陷，同時應(yīng)具有如下功能特點：

（1）可迅速測量各種同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的靜態(tài)、動態(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；

（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）可選擇自動測量和手動測量兩種方式；

（6）具有不同電壓下交流阻抗~轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速曲線實時繪制功能，實時顯示測試數(shù)據(jù)和曲線，曲線坐標(biāo)自動縮放，便于清晰讀圖；

（7）具有存儲和打印功能；

（8）可與PC機(jī)聯(lián)機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)下載和編輯測試報告；

（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)注意的幾個問題

（1）轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗是檢查轉(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)子存在一點接地故障以及在測量0~3000轉(zhuǎn)/min下動態(tài)交流阻抗時，為避免在試驗過程中轉(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，交流阻抗就會下降，在同一電流下外施電壓必然降低。這樣一來，交流損耗一方面會因為匝間短路而增加，另一方面又會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)子試驗中僅能做靜態(tài)、動態(tài)交流阻抗試驗。而轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障有時在靜態(tài)、動態(tài)下不一定出現(xiàn)，而是在轉(zhuǎn)子電流增大時才開始出現(xiàn)。轉(zhuǎn)子電流的出現(xiàn)會產(chǎn)生電磁力和熱膨脹兩種效應(yīng)。這兩種效應(yīng)都會對轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生擠壓作用。匝間短路出現(xiàn)時，與旋轉(zhuǎn)時的離心力、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)子的交流阻抗會隨著轉(zhuǎn)速的增加有所降低。當(dāng)存在動態(tài)匝間短路現(xiàn)象時，交流阻抗會發(fā)生突變。

（4）轉(zhuǎn)子單個磁極線圈的交流阻抗值小于平均阻抗值時，應(yīng)進(jìn)一步清掃后作轉(zhuǎn)子交流阻抗試驗，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）試驗時施加電壓的峰值不應(yīng)超過額定勵磁電壓值。