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发电机转子交流阻抗试验的影响因素分析
与应用
2011年8月第 14卷第 8期贵州电力技术
2011,Vol,14,No.8GUIZHOUELECTRICPOWERTECHNOLOGY 专题研讨
SpecialReports 发电机转子交流阻抗试验的影响因素分析与应用 李继忠
(安徽省阜阳华润电力有限公司 ,安徽阜阳 236158) 摘要:发电机转子交流阻抗试验是判断转子绕组有元匝间短路的实用 方法之一 ,试验方法简单 ,费用较低 ,灵敏度
较高 ,多年来被广泛应用 .但因其影响因素过多 ,在试验中容易产生数 据误差 ,造成对绕组匝闻绝缘状况的误判 ,因 此技术人员应对其影响因素充分认识并掌握 .
关键词:交流阻抗 ;电压;匝间短路;试验
文章编号 :1008—083X(2011)8—0082— 03 中图分类号 :TM3 文献标识
码:B
判断发电机转子静态匝间短路的方法有很
多 ,例如直流电阻法 ,空载和短路特性曲线法 ,双 开口变压器法 ,功率表相量投影法 ,直流压降法 ,
电压分担法，RS0试验法等?但这些方法各有利 弊,有的灵敏度低 ,有的试验方法复杂 ,有的不便 与历史值比较 ,有的费用较高等 ,而交流阻抗法 因其实用 ,简洁的特点被广泛应用 ,在《电力设备 预防性试验规程》 DL/T596—1996 中明确规定 大修中必须进行此项目 . 当转子绕组中发生匝问短路时 ,在交流电压下 流经短路线匝中的短路电流 ,约比正常匝中的电流 大H倍（一槽线圈总匝数），它有强烈的去磁作用， 并导致交流阻抗大大下降 ,功率损耗大幅增加 . 图 1 交流阻抗和功率损耗测量接线原理图 如图 1,测试线要使用短粗线 ,600MW 发电机 转子试验电流在 220V 电压下可达 60A, 电压表直接 接于转子集电环的正，负极上，调整调压器T,并测 量出电压，电流，和功率P然后按照下式计算出 交流阻抗乙即： Z=U,I
式中:z 交流阻抗（Q）；（，— —测量电压
（V）; 卜—一测量电流 （A）.
将测量的 z 与 P 值与原始数据比较 ,即可分析 判断转子绕组有无匝间短路，当z下降,P上升时反
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应出有不良发展趋势 .规程规定在相同试验条件下 与历史数值比较 ,不应有显着变化 .一般超过上次 值的 10%时应进一步分析并使用其他试验方法进 行验证.
1 膛内 ,膛外的影响
1.1 膛内的影响
转子处于膛内时 ,因磁阻比在膛外时要小 ,所以
转子处于膛内时的交流阻抗 乙一般总比膛外时的
大?同时与功率损耗P相应的电阻中，除了转子本 体铁损的等效电阻 ,绕组铜损的电阻外 ,还要包括定 子铁损的等效电阻在内 .所以在相同电压下 ,其功 率损耗一般比膛外的大 .
1.2 膛外的影响
转子处于膛外时，其z主要取决于试验电压， 频率,转子本体和绕组的几何尺寸 ,在其功率损耗相 应的电阻中 ,仅包括转子本体铁损的等效电阻和绕 组铜损的电阻 ,没有定子铁损的等效电阻在内 ,所以 Z 和 P 的值较膛内时要小 .
2定,转子间气隙大小的影响
气隙较小 ,转子处于膛内时定子磁路对阻抗的 影响较大 ,对于同厂家 ,同容量的发电机定 ,转子间 隙基本一致 ,可不考虑此因素影响 .但对于不同厂 家 ,容量的发电机因气隙不同 ,在进行交流阻抗数据 比较时应加以区分 .
3 静态 ,动态的影响
多次的试验表明 ,在恒定交流电压下 ,转子绕组
第 8 期李继忠 :发电机转子交流阻抗试验的影响因素分析与应用 的阻抗和损耗均随转速的升高而变化 .例如我公司
600MIV 发电机转子绕组施加恒定电压 200V 时 ,测
得转子阻抗z与转速n的关系曲线及转子损耗P与 转速的关系曲线如下图 2:
图2轮子阻抗Z和损耗P与转速的关系
由图 2中可看出,随转速升高 ,转子绕组交 流阻抗降低 ,损耗升高 .这是因为随转速升高 , 线圈的离心力增大并且压向槽楔 ,使转子线圈底 部距离槽楔的距离减小 ,槽磁导和计算磁导也随 之减小 ,在恒定电压下磁势为一定值 ,根据公式 磁通也将减小 ,电抗变小 ,阻抗下降 .另外随转 速升高 ,槽楔和线圈的离心力增大 ,使槽楔与转 子齿的接触更加紧密 ,阻尼作用增强 ,去磁效应 增加,导致阻抗下降 ,损耗增加 .
4护环和槽楔的影响 转子本体是否安装护环 ,对转子绕组阻抗和损
耗的影响比较大 ,有一台发电机转子绕组在消除匝 间短路缺陷时，测得阻抗z与电压，功率损耗P与 电压的曲线如图 3 所示.
图 3功率损耗 Z 与电压曲线
由图 4可看出,当转子绕组未套护环 ,在 210V 时阻抗最大 ,损耗最小 （曲线 1）;当一端套装护环后 阻抗下降 19.5%,损耗增加 15%（曲线 2）;当两端 均装上护环后 ,在相同电压下 ,阻抗下降 23.2%,损 耗增加 29.1%（曲线 3）;如果绕组有匝间短路时 , 则阻抗下降和损耗增加 （曲线 4）的幅度还要大 .
图 4 功率损耗 P 与电压曲线 造成上述现象的原因有两个 ,一是当一端装上 护环时 ,端部线圈的交变磁通 ,在护环上产生了涡流 去磁效应 ,但由于去磁效应不强 ,故使阻抗下降较 少;二是当两端的护环均装上后 ,便构成了沿轴向的 两端周围的电流闭合回路 ,且增加了涡流去磁效应 , 因而是阻抗下降显着 .当转子装上槽楔后 ,转子线 槽被槽楔填充 ,增大了转子表面的涡流去磁效应 ,即 增加了阻尼作用 ,因而使阻抗下降 .
短路电阻及部位的影响 当转子发生匝间短路时 ,其损耗增加比阻抗 下降值明显 ,短路部位的电阻也是由大到小直至
为 0 而转为金属性短路 .在短路电阻逐渐下降
的过程中其交流去磁效应会慢慢变大 ,另外短路 部位在转子端部 ,直线部分 ,槽口等不同位置时 其交流去磁效应也不同 ,因此在分析判断中应注 意此因素的影响 .
试验电压高低的影响 转子绕组是一个具有铁芯的电感线圈 ,其等效 电阻较小 ,电抗占主要部分 .由铁芯的磁化曲线可 知 ,当电源频率一定时 ,其磁通密度随磁场强度上升 而增加 .在测量转子绕组的交流阻抗时 ,转子电流 将随着电压上升而增大 ,并使磁场强度增高 ,所以转 子绕组的交流阻抗 ,随电压上升而增加 . 下表为我公司 2011年 6月 1号发电机大修后 盘车状态下的转子交流阻抗试验数据 ,可看出试验 电压从49.7上升到200.5V时,阻抗从3.7939/2 上升到 5.4336~.
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贵州电力技术第 14 卷 表交流阻抗及功率损耗测试值
转子本体剩磁的影响 转子本体的剩磁会使阻抗减小 ,这是因为在测量 交流阻抗时 ,转子本体的槽齿中不仅有交变磁通 ,而 且还有剩磁的恒定磁通 ,当两者的方向一致时起助磁 作用;当两者的方向相反时 ,则起去磁作用 .因此 ,在 相同电压下的阻抗 ,有剩磁比无剩磁时小 .所以在测 量转子绕组的阻抗时 ,应先检查其剩磁情况 ,当剩磁 较大时可用直流去磁 ,剩磁较小时用交流去磁 . 在实际操作中为减小剩磁对阻抗的影响 ,在静 态测量阻抗 ,损耗与电压的关系曲线时 ,应从高电压 逐渐做到低电压 ;在动态测量阻抗与转速的关系曲 线时 ,试验电压应尽量接近转子额定电压 ,以提高测 量结果的准确度 .
测量交流阻抗和功率损耗的注意事项 为了避免相电压中含有谐波分量的影响 ,应采 用线电压测量 ,并应同时测量电源频率 . 试验电压不能超过转子绕组的额定电压 ,一般 集电环上施加电压 ,静态试验时应将碳刷取下 ,动态 时还应将励磁母线断开 .
在定子膛内测量阻抗时 ,定子绕组上有感应电 压 ,故应将其绕组与外电路断开 . 当转子绕组存在一点接地或对水内冷转子绕组 作阻抗测量时 ,一定要用隔离变压器加压 ,并在转子 轴上加装接地线 ,以保证测量安全 .
结束语 综上所述 ,用测量阻抗和损耗值的变化来判断转 子绕组有无匝间短路 ,是简便,可靠,灵活的方法 .但 是 ,由于影响因素较多 ,在分析判断时必须注意在同 状态（膛内,膛外,静态,动态,槽楔,护环,剩磁 ）,同电 压下比较 .多次试验结果表明 ,因各型发电机转子在 同一交流电压下的阻抗值不同 ,即使在相同的短路状 态下 ,由于短路线匝中的短路电流不同 ,其去磁作用 所引起的阻抗下降和损耗增加的程度也不同 .所以 在应用转子交流阻抗和损耗值的变化量来判断绕组 有无匝间短路及其程度时 ,难以出具统一的标准 .仅 能将现测量值与前次测量值及历史值进行比较 ,并结 合其他的测试方法 ,综合判断后再作定论 . 参考文献 :
李建明朱康《高压电气设备试验方法》 [M]2001 年 8 月第二 版中国电力出版社 .
李伟清《发电机故障检查分析及预防》 [M]1996 年北京中国 电力出版社 .
高景德《交流电机及其系统分析》 [肘]1993 年北京清华大学 出版杜 .
收稿日期 :2011—04—12
作者简介 :
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李继忠 （1978一）,男,本科,主要从事电气设备的管理工作 .e moil:,lgeryahoo— com.c/t.
(本文责任编辑 :龙海丽 )
TheimpactanalysisandapplicationonthegeneratorrotorACimpedancetest
LiJizhong
(ChinaResourcesPowerHoldingsCompanyLimited,Fuyang236000Anhui, China)
Abstract;ThegeneratorrotorACimpedancetestisoneofsimplemethodtojudge whethertherotorinterturnshort.Thetesti8asimple andeffectiveway,lowercostandhighersensitive
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hadbeenappliedextensivelyformanyyears.ButbecauseitsimpactfactoristOO much,easytoproducedataelTorinthetests,cauBeamisjudgcmentofwindingin terturninsulationcondition.33~ereforethetechnician shoedhaveafullrea2izationandgraspofitsimpactfactor.
Keywords:ACimpedance;voltage;intershort;test
