四极核电汽轮发电机转子匝间短路测试方法研究

王玉田，吴梦艳



四极核电汽轮发电机转子匝间短路测试方法研究

王玉田，吴梦艳

（1. 哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040；2. 中国自动化控制系统总公司，北京100026）

本文介绍了两种测试四极核电汽轮发电机转子绕组匝间短路的方法，一种是低频阻抗测试方法，在转子绕组上施加由低频信号振荡器发出的600Hz的频率，通过对转子绕组上振荡产生的电压值判定是否存在匝间短路；另一种是脉冲波形比较法，利用双通道交流脉冲发生器发出脉冲电压，将两个通道产生波形对比，判定是否存在匝间短路。两种方法配合使用，可以准确地判定转子匝间短路，保证转子匝间绝缘的可靠性。

核电汽轮发电机；四极；转子；匝间短路；测试

0 前言

随着世界对能源需求的不断提高及常规发电技术所用自然资源的日益枯竭，国内乃至国际发电行业必须迎接新的挑战，尽可能以高效和可持续的方式利用能源成为当务之急，由此，国内各大型发电机制造企业展开了对核能发电技术的研究。核能发电技术能否在国内推广，并得到人们的认可，关键的技术就是安全技术。

多年来，电机行业对核电汽轮发电机技术研究更多地集中在产品结构设计、材料性能及绝缘结构研究等方面，本文结合哈尔滨电机厂有限责任公司制造的1250MW四极核电汽轮发电机，对其转子匝间短路的测试方法进行了具体的分析与研究。

1 转子绕组结构

哈电机制造的1250MW核电汽轮发电机转子绕组由四个电极组成，每个电极由四个号的线圈构成，绕组的布置如图1所示。与两个电极电机的转子相比，本机组具有四个极，因此电机运行时的额定转速为两个电极转子额定转速的一半，即1500r/min。

2 低频阻抗测试方法

低频阻抗测试方法的电路原理如图2所示，测试设备主要包括低频信号振荡器及数字万用表。测试原理是将RC低频信号振荡器振荡产生600Hz的频率施加在转子绕组的W极、X极、Y极、Z极上，在每个电极上分别振荡产生电压，通过对电压值的计算与分析，判定转子绕组是否存在匝间短路。

图1 四极核电汽轮发电机转子绕组布置图

图2 低频阻抗测试方法的电路原理图

低频阻抗测试方法的接线是将低频信号振荡器输出端子连接转子绕组引出线的一端，低频信号振荡器的反馈端子连接转子绕组引出线的另一端，这样构成一个回路。利用数字万用表分别测量转子绕组的W极、X极、Y极、Z极上振荡产生的电压，分别记作W、X、Y、Z。

低频阻抗测试方法的判定标准如下：

当测试电压值满足式（1）时，可以判定被试转子不存在匝间短路。

当测试电压值满足式（2）、式（3）时，转子绕组是否存在匝间短路需要进一步判定。

当测试电压值满足式（4）时，可以判定被试转子存在匝间短路。

式（1）、式（2）、式（3）、式（4）中：MAX为（W+X），（Y+Z）中较大者。

在哈电机制造的1250MW四极核电汽轮发电机转子上，利用上述方法分别测试转子绕组四个电极的1号线圈下线完成、2号线圈下线完成、3号线圈下线完成、4号线圈下线完成时，在四个电极上振荡产生的电压值，如表1所示。

表1 四个电极上产生的振荡电压值 V

将表1中序1、序2、序3、序4中各电极振荡产生的电压值代入式（1），可以得到表2的数据。

表2 计算后数据

从表2可判断，在转子四个电极的1号线圈、2号线圈、3号线圈装配完成后，均无匝间短路。可见，低频阻抗测试方法是检测四极核电汽轮发电机转子匝间短路的有效方法之一。但是，当四个电极的4号线圈装配完成后，采用这种方法测得的振荡电压值不满足式（1），但满足式（2）和式（3）时，低频阻抗测试方法已无法判断是否存在匝间短路。所以，为了判定在四个电极的4号线圈装配完成后，转子绕组是否存在匝间短路情况，需要采用另一种转子绕组匝间短路测试方法进一步诊断，因此，我们引入脉冲波形比较法。

3 脉冲波形比较法

脉冲波形比较法的电路原理如图3所示，测试设备主要是双通道交流脉冲发生器。测试原理是由双通道交流脉冲发生器发出脉冲电压，并施加在转子绕组的W极、X极、Y极、Z极上，在交流脉冲发生器的示波器上面将产生两条波形，根据两条波形的重合程度，判定转子绕组是否存在匝间短路。

脉冲波形比较法的接线是将双通道交流脉冲发生器的两个输出端子接转子绕组引出线的两端，反馈端子接转子绕组X极与Y极的极间中心，这样构成一个回路。在转子绕组上施加一定的脉冲电压后，在双通道交流脉冲发生器的示波器上将显示两条曲线，这两条曲线分别代表两个回路的波形。

图3 脉冲波形比较法电路原理图

利用上述方法，对四个电极的4号线圈装配完成后的核电汽轮发电机转子进行了匝间短路测试，在测试设备的示波器上显示出两条曲线，如图4所示。为了确定两条曲线的重合程度，将两条曲线的位置平移，平移后如图5所示。从图中可以清晰地看到两条曲线完全重合，所以，可以判定利用低频阻抗测试方法无法确定的4号线圈装配完成后的转子绕组匝间不存在匝间短路。

为了验证脉冲波形比较法的可靠性，将转子绕组串联在通道2中的两个电极的线圈人为短路，这时在双通道交流脉冲发生器的示波器上显示的两条曲线如图6所示，两条曲线明显分离。由图可见，采用脉冲波形比较法判断四极核电汽轮发电机转子匝间短路是可靠的。

图4 双通道波形

图5 平移后的波形

图6 匝间短路后波形

4 结论

本文引入两种用于判定四极核电汽轮发电机转子绕组匝间短路的有效方法，分别是低频阻抗测试方法和脉冲波形比较法；低频阻抗测试方法与哈电机的交流阻抗测试方法[1-2]相比具有试验电压低、测试方法简单、测试效率高等优点，实现操作安全，对转子绕组绝缘无损伤测试；脉冲波形比较法与哈电机的感应电动势矢量法[1][2]相比，具有操作方便、试验方法简捷等优点。

（1）采用低频阻抗测试方法判定时，当各电极上振荡产生的电压值满足式（1）时，可以判定四极核电汽轮发电机转子绕组不存在匝间短路；当各电极上振荡产生的电压值满足式（4）时，可以判定四极核电汽轮发电机转子绕组存在匝间短路；

（2）采用低频阻抗测试方法测试时，当各电极上振荡产生的电压值满足式（2）、式（3）时，可以采用脉冲波形比较法进一步判定转子绕组匝间短路。

[1] 刘庆河. 汽轮发电机转子绕组匝间短路的检测方法[J]. 大电机技术, 2004, (4).

[2] JB/T 8446-2005 隐极式同步发电机转子匝间短路测试方法[S].

Research On Inter-turn Short-circuit Test Method for Four-Pole Nuclear Power Turbo-generator Rotor

WANG Yutian, WU Mengyan

(1. Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China; 2. China National Automation Control System Corp, Beijing 100026, China)

Two methods for testing four-pole nuclear power turbo-generator rotor winding with inter-turn short-circuit were presented. One is low frequency impedance test method, and the rotor winding is supplied a low frequency of 600Hz by low-frequency signal oscillator. We can judge whether occur inter-turn short-circuit or not by the voltage oscillated. The other is pulse wave comparison method, and it is generated pulse voltage by double channels AC pulse generator. By contrasting the waves, we can judge whether inter-turn short-circuit is occurred or not. With two methods above, we can judge inter-turn short-circuit exactly, insuring the inter-turn insulation of rotor is reliable.

nuclear power turbo-generator; four-pole; rotor; inter-turn short-circuit; test

TM312

A

1000-3983(2014)02-0040-04

国家科技重大专项（2009ZX06004-013-04-05）大型核电半速汽轮发电机定子绝缘技术研究。

2013-08-17

王玉田（1983-），2006年毕业于哈尔滨理工大学电气工程及其自动化专业，现从事汽轮发电机绝缘技术工作，工程师。

审稿人：满宇光