发电机转子绕组动态断线位置查找

刘忠义，李今哲，崔 明，宋新杰，刘 德

（1.吉林电力股份有限公司浑江发电公司，吉林 白山 134302；2.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；3.吉林两江水力发电股份有限公司，吉林 安图 133611；4.华能九台电厂，吉林 九台 130500）

发电机转子绕组直流电阻的测量，是检验转子绕组各接头部位焊接质量和接触情况及转子绕组与导电螺钉接触状况的重要环节，是决定发电机转子能否投入运行主要参数之一。现场2台发电机在静态时测量转子绕组的直流电阻合格，温度换算到75℃时电阻值与历次试验结果相比没有变化，但在启机零起升压过程中，测量集电环两端电压正常，转子无电流，定子绕组无感应电压。在排除发电机定转子励磁回路和外部回路异常的情况下，用科学有效的方法判断转子绕组是否发生了动态断线故障，并正确判断出断线位置，对现场发电机转子试验和检修意义重大。

1 动态断线判断

1.1 万用表导通法

拆开转子集电环上的励磁碳刷，使集电环与励磁回路全部断开，将发电机的转速缓慢升起，在集电环两端用铜碳刷通过导线连接万用表表笔，测量转子绕组回路电阻，发电机在低转速下（500r／min左右），万用表指示导通，说明在这个转数下转子绕组回路未发生断线；当发电机达到某个转速时，万用表指示突然无穷大，说明在这个转速下转子绕组回路发生了断线故障。为排除转子绕组剩磁影响万用表指示准确性，在试验过程中将万用表表笔对调再测量一次，如果万用表指示无穷大，说明转子绕组剩磁对万用表的测量结果无影响。

1.2 导通灯熄灭法

试验前测量发电机转子绕组和励磁侧轴瓦座的绝缘电阻，绝缘电阻值应符合DL／T 596—2005《电力设备预防性试验规程》要求。在发电机静态时，选用交流电压为36V 行灯变压器，行灯变压器输出端接入到集电环两端的一个碳刷上，并在回路中串入36V 白炽灯。此时将发电机旋转起来，当发电机达到某个转速时，白炽灯突然熄灭，说明转子绕组在这个转数下发生了动态断线故障。这种试验方法简单、直观，可以排除其他一切干扰因素的影响，能准确地判断转子绕组是否发生动态断线故障。通过2台发电机转子绕组的动态试验表明，当发电机转速达到1 500r／min左右时，白炽灯突然熄灭，其转子绕组都发生了动态断线故障。

2 断线位置查找

2.1 分布参数法

发电机转子绕组在交流电压作用下，转子绕组内部沿导线长度分布电容、电阻、电抗等分布参数，这些分布参数随导线的增长成比例增加。利用这个理论可以通过一些试验数据，计算出转子绕组断线点的位置。在转子绕组通入交流电压之前，要了解转子绕组线圈的绕制方法、转子绕组线圈在每槽内的长度均等程度、每匝之间的绝缘介子的材质是否相同，填充是否均匀。转子绕组在交流电压下的电容分布见图1。

图1 转子绕组电容分布示意图

图1中C1为绕组对铁心及匝间两相对面之间的分布电容，C2为转子绕组两侧端面对铁心的分布电容，绕组的分布电容主要是C1。绕组在槽内分布均匀，绕组匝间、绕组对铁心间的绝缘介质及厚度基本一致。每匝绕组在转子槽内的分布电容基本相等并与绕组在槽内的匝数成正比增加，电容与绕组长度L 的关系符合公式（1）：

式中：L为绕组总长度；C为每匝绕组在转子槽内的分布电容；L1为C1所对应绕组长度。总长度根据图纸计算出，通过测量C1可以计算出L1，判断转子绕组断线点的位置。

2.2 试验方法

将发电机的励磁系统回路与外回路全部断开，转子绕组无匝间短路，且绝缘电阻满足DL／T 596—2005《电力设备预防性试验规程》要求，转子绕组方可施加交流电压。在发电机转子静态情况下，将隔离变压器输出端接到集电环1或2，在集电环1或2与转子大轴之间，施加150V 交流电压（交流电压峰值不应超过转子额定励磁电压），用0.2级交流毫安表分别测量集电环1或2对转子大轴之间的电容电流，然后将发电机旋转起来，达到转子绕组断线点的转数时，也分别在集电环1或2与转子大轴之间加上150V 交流电压，测量集电环1或2对转子大轴之间的电容电流。通过转子绕组出厂图纸，计算出绕组的总长度L。绕组的总长度L 与绕组的分布电容电流Ic符合公式（2）。

式中：L2为绕组断线点与集电环2之间的长度；Ic为绕组的分布电容电流；Ic1为集电环1对大轴之间的电容电流；Ic2为集电环2对大轴之间的电容电流。

通过测量的电容电流数值Ic、Ic1、Ic2可计算出L1、L2，判断断线点。如果L1＋L2＝L 说明试验结果准确，否则应查明原因。

在测量集电环1、2对大轴之间的电容电流时，电压表应选用高内阻电压表或静电电压表，以满足测量精度要求。转子静态时测量集电环1或2对大轴之间的电容电流，见图2。转子旋转时测量集电环1或2对大轴之间的电容电流，见图3。

图2 转子静态时测量集电环1或2对大轴之间的电容电流示意图

图3 转子旋转时测量集电环1或2对大轴之间的电容电流示意图

2.3 试验实例

发电机转子绕组动态断线点的查找：在转子绕组静态、动态下，在集电环1和2与转子大轴之间施加150V 交流电压，测量集电环1和2与大轴之间电容电流，测量结果表明，当转子绕组未发生动态断线情况下，集电环1和2与大轴之间测量的电容电流分别为326mA 和328mA。当转子绕组发生动态断线时，集电环1和2测量的电容电流值分别为165mA 和168mA，是静态的1／2左右。说明转子绕组开路位置与集电环1和2的距离相等，由此确定转子绕组断线的位置就在转子绕组两个线圈N、S极的跨线处。如果测量集电环1或2上所测量的电容数值不同，可根据上述计算方法，计算出转子绕组断线的位置与集电环1和2的距离。

采用上述转子绕组断线位置查找方法，并通过2台发电机发生的转子绕组动态断线测量结果表明，断线位置都发生在N、S极的跨线处。其中一台发电机拆护环检查发现在N、S极跨线处的导线上有明显受力而产生拉抻的伤痕，此伤痕是在处理转子绕组匝间短路拆装转子护环时，转子绕组跨线处受到了形变应力造成的；另一台发电机拆护环检查发现，在处理转子绕组匝间短路时，现场检修人员将转子绕组N、S极跨线多余部分割掉15cm 左右，然后进行对接焊接，因为焊接质量存在问题，在机组运行时发生开焊，造成转子绕组断线故障。

3 结束语

通过2台发电机转子绕组动态断线位置实际查找证明，在发电机正常停机后再启机或经过A、B级检修后启机时的零起升压过程中，如果转子绕组加上励磁电压，转子绕组中无电流，在排除励磁和外回路影响后，可通过万用表导通法和导通灯熄灭法确定转子绕组发生动态断线故障，测量集电环1或2与大轴之间的电容电流，计算确定转子绕组断线点位置。此查找方法具有操作简单、判断准确、实用性强的特点，对发电机转子的试验、检修有一定的指导意义。