功率期望原理的汽轮发电机励磁绕组短路故障诊断

遇亚辉

（哈尔滨电机厂责任有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

功率期望原理的汽轮发电机励磁绕组短路故障诊断

遇亚辉

（哈尔滨电机厂责任有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

摘 要：汽轮发电机励磁绕组短路故障是极为常见的发电机电气问题，轻微的励磁绕组故障仅仅导致发电机转子与定子之间产生失衡并出现大量热能，严重时甚至会造成转子接地、大幅度磁化等现象，威胁到汽轮发电机运行安全。本文从功率期望原理的概念入手，简单阐述了这一原理在汽轮发电机励磁绕组短路故障中的运用情况，以供同行工作之余参考。

关键词：汽轮发电机；功率；期望原理；故障；励磁绕组短路

近年来，随着人们电力供应稳定性、安全性需求的不断提升，快速、准确、科学的诊断发电机故障已成为业界工作重点。汽轮发电机作为发电领域的常见工作体系，其一旦发生故障，必然影响到电力供应稳定与安全。为了更好、更准确的解决汽轮发电机励磁绕组短路故障，我们在这里通过功率期望原理阐述故障发生规律和原因，并借助有关科学原理对其处理和预防做了简单的探讨。

一、功率期望原理概述

期望理论是于20世纪中叶出现的激励机制和理论，它的出现在过去主要应用在管理学和行为学中，其原理是将工作行为、效价、手段和期望理论结合起来，是管理心理学和行为学合二为一的综合。它的应用主要目的在于调动工作人员积极性、激发工作人员内部潜力，是根据个人经验来断定目标现状，制定出与之相应的优化和处理方案。

二、汽轮发电机励磁绕组短路故障产生原因分析

通过过去多年的工程实践经验总结我们发现，在汽轮发电机正常运行的过程中，励磁绕组故障问题非常严重，造成这些问题出现的原因也很多。其中包含了：垫块在长期运行中发生松动，励磁端部的线路接头发生松动，铜导线连接工艺方面存在缺陷造成线路在长期运行中出现毛刺、倒角以及转子在运行中受到离心力作用而产生变动，进而造成励磁系统变化等。而在发动机静止的时候，静态转换的时候线圈处于相对运动的状态，这个时候一旦发生摩擦或者线路错位，必然导致线路之间的接触发生变动，从而引发线路连接不平衡，甚至是造成短路等问题，一方面造成磁化损失，另外容易引发过量热能，造成整个励磁绕组出现接地乃至中断故障。

在特殊的条件下，如果转子的线圈之间产生短路，那么励磁绕组之间的有效线圈数量也必然会更近一步减小。为了能够更好的满足励磁条件要求，这个时候的励磁电流必然会随之增加。而机组正常运行状态下，如果励磁产生中断或者断断续续的现象，这时的励磁空间则会产生梯形波，造成转子短路，甚至会产生磁势峰值发生波动。这种现象一方面我们可以将其理解成为有效的电磁引导在磁势上造成的，另外也可以认为是各种磁势突变的叠加。

三、常见汽轮发电机励磁绕组短路故障诊断方法

目前，我国大型汽轮发电机在应用中常见的励磁绕组短路故障的诊断方法主要包含了线圈探测法、励磁电流法和轴电压法三种手段。

1 功率期望原理在汽轮发电机励磁绕组短路故障中的实现

针对一台存在励磁绕组短路故障的发电机进行分析，它的故障产生矢量图如图1所示。

如图1所示，U表示发电机本身的电压，而I表示发电机电流。其中Ff1表示励磁绕组短路后的励磁磁动势矢量；0E为与Ff1对应的空载电动势；F'f1表示正常转子的励磁磁势矢量；E0为与F'f1对应的空载电动势。由图1得出，励磁动势绕组运行正常的时候，线圈电量明显下降，其在定子绕组上感应的空载电动势比正常时期较小。基于这一要求，在目前的发电机励磁绕组短路故障研究中，我们可以根据已具有的参数和运动变量进行分析，汽轮发电机在任意状态下都能和实际电磁功率、无功功率产生交集，从而被相关工作人员获取。

2 其他汽轮发电机励磁绕组短路故障诊断方法

2.1 线圈探测法

线圈探测法在应用中是将发电机的定子铁心深入到需要检查的线圈内部，由于短路的存在必然会造成绕组有效匝数的减少，线圈一端的励磁必然很低，因此我们可以通过对比探测线圈以及励磁脉冲电势来诊断发电机励磁绕组短路故障。这种方法在应用中虽然简单且效果明显，但由于容易受到探测线圈信号干扰、线圈圈数及探测深度等方面的限制，因此在一些特殊条件下无法达到有效诊断故障的目的。

图1 汽轮发电机时空相矢图

2.2 励磁电流法

励磁电流法在汽轮发电机励磁绕组短路故障的诊断中，是根据汽轮发电机出现的励磁绕组发生短路之后，线圈空隙磁动势下降，发电机内部的励磁电流增高，并将这两种数值进行比较得出的。在具体的故障诊断工作中，两者之间的偏差超过一定范围的时候，则可以断定发电机内部存在励磁绕组短路故障。这种方法在汽轮发电机绕组短路故障诊断的时候主要是针对两匝以上线圈的短路故障分析的。

2.3 轴电压法

经过多年工作时间分析，轴电压法在励磁绕组短路故障诊断中效果非常明显，但是由于汽轮机长期使用中线圈内部污染状况严重、碳刷和滑动接触速度较高等因素的影响，极容易在诊断的时候出现碳刷与转轴接触不紧密的现象，因此还需要我们在工作中定期对其进行清理。

结语

总之，基于功率期望原理的汽轮发电机励磁绕组短路故障诊断为非侵入式，在这个时候我们完全可以根据发电机运行参数和运行原理来断定励磁系统中线圈匝间是否存在有短路故障，也就是说这个时候我们可以对汽轮发电机和运行的每一个环节加以监控，也可以定期的对内部线路、设备进行检查，进而防止励磁短路故障的出现，提升汽轮发电机的工作效率。

参考文献

[1]孙宇光，余锡文，魏锟，黄子果，王祥珩.发电机绕组匝间故障检测的新型探测线圈[J].中国电机工程学报，2014（06）.

中图分类号：TM311

文献标识码：A