燃机发电机转子匝间短路故障监测系统研究

陈卫, 李嫣然

(1.上海申能崇明发电有限公司，上海　202155 ，2.上海交通大学 电气工程系，上海　200240)



燃机发电机转子匝间短路故障监测系统研究

陈卫1, 李嫣然2

(1.上海申能崇明发电有限公司，上海202155 ，2.上海交通大学 电气工程系，上海200240)

介绍了上海漕泾热电燃机发电机频繁启停，易引起转子匝间断路故障，引起绝缘损坏，严重危害机组运行的问题。论证了开展发电机转子匝间短路故障进行动态监测和分析工作的必要性，并对监测系统进行分析说明，研究结果表明，燃机发电机转子匝间短路故障监测系统有利于机组的安全运行，效果显著，有一定推广价值。

燃机电机；匝间短路；故障分析；监测系统;波形

0　引　言

上海漕泾热电有限公司燃机循环机组受天然气供应限制和为上海化学工业园区供热，发电机组主要是“以热带电”，发电机在电网中起到调峰作用。燃机发电机启停较频繁，由于燃机机组启动都是通过变频拖动，所以燃机发电机启动时其转子、定子均有电流、电压。燃机发电机转子容易引起匝间短路(匝间短路分动态和静态两种情况)，转子绕组匝间短路是燃机发电机运行中常见的故障，当短路发生时，将使转子励磁电流增加、绕组局部温度升高、短路点出现铜线烧损和加速绝缘损坏的现象和事故。此外还会因为热不平衡引起机组的振动值异常增加，危害机组的安全运行[1-4]。

通过配置燃机发电机转子匝间短路故障检测装置，可以实时地对发电机转子波形进行在线监测。通过对比波形来判断转子状况，若有问题可迅速作相应的检修处理[5-7]。避免产生突发性重大事故而造成的经济损失。因此，对发电机转子匝间绝缘状况进行动态监测和分析是非常必要的。

1　RSM型转子匝间短路监测系统的功能和组成

1.1转子匝间短路监测系统的组成

RSM型转子匝间短路监测系统是以电机转子旋转状态下探测线圈动态波形法为基础研制的动态监测分析系统，具备在机组运行时对转子磁场波形进行在线监测和分析功能。系统软件采用Windows界面，操作灵活简单，能够方便地进行采样、分析、显示以及存档打印。如图1所示，系统主要由探测传感器元件、传输电缆、计算机采集处理分析系统等组成。计算机采集处理分析系统由采集模块、计算机和专用分析软件组成。

图1　转子匝间短路监测系统

1.2探测线圈法

探测线圈法最早由英国学者Albright首先提出。这种方法是在定、转子之间的气隙中固定一只带有几十匝的小型线圈探测传感器，并用环氧聚合物包裹起来，并采用了实心圆盘防护罩将它永久性地安装在定子槽楔上，在转子旋转过程中，转子表面的磁通在该线圈中产生感应电势，根据此电势波形是否发生畸变来分析、判断转子绕组是否存在匝间短路，通过分析所记录的磁通波形数据，就可以确定故障位置。

1.3主要功能

(1) 实时波形显示。通过观察波形特征值，可以判断中等和严重的转子匝间短路。

(2) 根据实时波形，用相应判据通过专用程序进行判断。可以判断轻微转子匝间短路或不稳定匝间短路。

(3) 数据记录和统计功能。记录波形特征变化，建立数据库，用于匝间绝缘状态的长期分析判断。如果出现转子线圈匝间短路，可以通过软件判断把故障区域定位到2个槽以内。

1.4系统配装

上海漕泾热电燃机发电机为美国GE公司制造，额定容量278MVA，静态励磁，出厂日期为2004年9月，投产日期为2005年6月。在6 kV公用段开关室设置燃机发电机转子匝间短路在线检测装置柜。燃机发电机定子铁芯槽部均装有探测传感器，探测传感器位置在靠近发电机励端定子线棒近阶梯上部，在发电机定转子间隙间，形状：5 mm直径圆柱，长度为5 cm；由燃机发电机车面励端侧JB509箱TA端子引接屏蔽电缆ZR-KVVP2-0.45/0.75 4X1.5到6 kV公用段开关室内燃机发电机转子匝间短路在线检测装置柜。与计算机采集处理分析系统配套使用。定期进行数据采集和分析，由于机组和传感器的差异对磁场波形的影响，对燃机发电机转子进行现场录取波形并进行程序调试。

2　录波测试

2.1发电机转子录波测试

图2-5为从燃机发电机转子探测传感器录取的转子波形，可看出燃机发电机转子波形是单相正弦波，波形及宽度是比较对称的，录取波形时需采用高分辩率示波器(如宽带超过200 M的泰克示波器)以清晰录取波形。

图2　燃机发动机的转子波形

图3　燃机发动机的转子波形

图4　燃机发动机的转子波形

图5　燃机发动机的转子波形

2.2监测分析系统

将录取的波形作为标准图形灌入程序，以便与燃机发电机转子运行时的波形进行比较。当燃机发电机转子存在匝间短路故障时,转子波形是不对称的，且波形会畸变。计算机采集处理系统由工控机、16位PCI接口A/D数据采集板组成。程序屏幕显示探测线圈感应电势波形，可以根据JB/T8446-1996判据来判定结果。

由图6可知，其中结果栏显示的结论包括正常、可疑和短路，除了文字显示还会用绿色、黄色和红色的背景颜色来标识，分别对应监测结果为正常波形、可疑波形、短路波形的情况。判定结果为“短路”时，表示该监测数据严重超标，如果该槽长期连续出现超标，则可以初步确认为存在匝间短路现象；判定结果为“正常”时，线圈应不存在匝间短路的情况；判定结果为“可疑”时，表示同号线圈可能存在匝间短路，后续应加强监测，结合历史故障特征统计数据及发电机大修时发电机转子电气试验(交流阻抗试验，开口变压器试验)结果，综合判断该发电机转子是否存在匝间短路或进行相应处理。

3　结束语

对发电机转子进行在线状态监测，不但是保证设备长期安全稳定运行的关键，更是国家标准要求和状态检修发展的趋势。依据燃机发电机的实际情况，选择适合设备实际情况的检测方法，制订具体方案并实施，可提高设备的状态检测水平，有效地避免事故的发生，提高设备运行的安全性和可靠性，最终提高企业的经济效益。

图6　匝间短路监测系统

[1] 刘莹，韩波，梁彬，等. 基于工业以太网的汽轮发电机转子绕组匝间短路检测系统研发与应用[J].防爆电机, 2012, 47(5):47-50.

[2] 安国庆，靳彦虎，付超，等. 基于虚拟仪器技术的异步电机定子匝间短路故障在线监测系统[J].仪表技术与传感器, 2013,50(7):52-54.

[3] 张超， 夏立，吴正国，等. 同步发电机转子绕组匝间短路故障特征规律分析[J].高电压技术,2010,36(6):1506-1512.

[4] 郝亮亮，吴俊勇，孙宇光，等. 无分支电流互感器的同步发电机转子匝间短路监测方法[J].电工技术学报,2014,29(3):189-195.

[5] 胡静涛，黄昊，高雷，等. 基于工业无线技术的非侵入式电机故障诊断系统[J].中国设备工程,2009,25(4):8-10.

[6] 贾志东，陈海，张征平，等. 采用重复脉冲法诊断发电机转子绕组匝间短路故障[J].高电压技术,2012,38(11):2927-2933.

[7] 唐李冰. 大型电机线圈匝间短路监测诊断系统的改进[J].上海大中型电机,2013,56(4):48-52.

A Study on the Monitoring System of Inter-turn Short Circuits for Gas Turbine Generator Rotors

CHEN Wei1, LI Yan-ran2

(1. Shanghai Shenergy Chongming Power Generation Co., Ltd., Shanghai 202155, China；2. Department of Electrical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Frequent start-stop of gas turbine generators in Caojing, Shanghai will likely cause inter- turn short circuit of the rotor and damage insulation, thus severely impairing the operation of the unit. This paper demonstrates the necessity of dynamic monitoring and analysis on the inter-turn short circuit of the generator rotor, and describes the monitoring system. The research results show that the monitoring system for the inter-turn short circuit of the gas turbine generator rotor is helpful to safe operation of the unit with remarkable effect and is worth of popularization to some extent.

gas turbine motor; inter-turn short circuit; fault analysis; monitoring system; waveform

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.01.021

TM346

A

1000-3886(2016)01-0065-03

陈卫(1972-)男，上海人，上海申能崇明发电有限公司，电气专工；电气工程自动化本科毕业，助理工程师，技师，从事电气设备故障监测及诊断工作。

定稿日期: 2015-03-19