燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

      上海漕涇熱電有限公司燃機(jī)循環(huán)機(jī)組受天然氣供應(yīng)限制和為上�；瘜W(xué)工業(yè)園區(qū)供熱，發(fā)電機(jī)組主要是“以熱帶電”，發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)中起到調(diào)峰作用。燃機(jī)發(fā)電機(jī)啟停較頻繁，由于燃機(jī)機(jī)組啟動(dòng)都是通過變頻拖動(dòng)，所以燃機(jī)發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)其轉(zhuǎn)子、定子均有電流、電壓。燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子容易引起匝間短路（匝間短路分動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種情況），轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是燃機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行中常見的故障，當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，將使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流增加、繞組局部溫度升高、短路點(diǎn)出現(xiàn)銅線燒損和加速絕緣損壞的現(xiàn)象和事故。此外，還會(huì)因?yàn)闊岵黄胶庖�起機(jī)組的振動(dòng)值異常增加，危害機(jī)組的安全運(yùn)行。
      通過配置燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測(cè)裝置，可以實(shí)時(shí)地對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子波形進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。通過對(duì)比波形來判斷轉(zhuǎn)子狀況，若有問題可迅速作相應(yīng)的檢修處理，避免產(chǎn)生突發(fā)性重大事故而造成的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間絕緣狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和分析是非常必要的。
      一、RSM 型轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能和組成
      1、轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成
      RSM型轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下探測(cè)線圈動(dòng)態(tài)波形法為基礎(chǔ)研制的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，具備在機(jī)組運(yùn)行時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子磁場波形進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和分析功能。系統(tǒng)軟件采用Windows界面，操作靈活簡單，能夠方便地進(jìn)行采樣、分析、顯示以及存檔打印。如圖1所示，系統(tǒng)主要由探測(cè)傳感器元件、傳輸電纜、計(jì)算機(jī)采集處理分析系統(tǒng)等組成。計(jì)算機(jī)采集處理分析系統(tǒng)由采集模塊、計(jì)算機(jī)和專用分析軟件組成。
      
      2、探測(cè)線圈法
      探測(cè)線圈法最早由英國學(xué)者Albright首先提出。這種方法是在定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙中固定一只帶有幾十匝的小型線圈探測(cè)傳感器，并用環(huán)氧聚合物包裹起來，并采用了實(shí)心圓盤防護(hù)罩將它永久性地安裝在定子槽楔上，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子表面的磁通在該線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，根據(jù)此電勢(shì)波形是否發(fā)生畸變來分析、判斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路，通過分析所記錄的磁通波形數(shù)據(jù)，就可以確定故障位置。
      3、主要功能
      （1）實(shí)時(shí)波形顯示。通過觀察波形特征值，可以判斷中等和嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子匝間短路。
      （2）根據(jù)實(shí)時(shí)波形，用相應(yīng)判據(jù)通過專用程序進(jìn)行判斷，可以判斷輕微轉(zhuǎn)子匝間短路或不穩(wěn)定匝間短路。
      （3）數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)功能。記錄波形特征變化，建立數(shù)據(jù)庫，用于匝間絕緣狀態(tài)的長期分析判斷。如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)子線圈匝間短路，可以通過軟件判斷把故障區(qū)域定位到2個(gè)槽以內(nèi)。
      4、系統(tǒng)配裝
      上海漕涇熱電燃機(jī)發(fā)電機(jī)為美國GE公司制造，額定容量278MVA，靜態(tài)勵(lì)磁，出廠日期為2004年9月，投產(chǎn)日期為2005年6月。在6 kV公用段開關(guān)室設(shè)置燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路在線檢測(cè)裝置柜。燃機(jī)發(fā)電機(jī)定子鐵芯槽部均裝有探測(cè)傳感器，探測(cè)傳感器位置在靠近發(fā)電機(jī)勵(lì)端定子線棒近階梯上部，在發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子間隙間，形狀：5 mm直徑圓柱，長度為5 cm；由燃機(jī)發(fā)電機(jī)車面勵(lì)端側(cè)JB509箱TA端子引接屏蔽電纜ZＲ-KVVP2-0.45/0.75 4X1.5到6 kV公用段開關(guān)室內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路在線檢測(cè)裝置柜。與計(jì)算機(jī)采集處理分析系統(tǒng)配套使用。定期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，由于機(jī)組和傳感器的差異對(duì)磁場波形的影響，對(duì)燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場錄取波形并進(jìn)行程序調(diào)試。
      二、錄波測(cè)試
      1、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子錄波測(cè)試
      從燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子探測(cè)傳感器錄取轉(zhuǎn)子波形，從中發(fā)現(xiàn)燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子波形是單相正弦波，波形及寬度比較對(duì)稱，錄取波形時(shí)需采用高分辯率示波器（如寬帶超過200 M的泰克示波器）以清晰錄取波形。
      2、監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)
      將錄取的波形作為標(biāo)準(zhǔn)圖形灌入程序，以便與燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)的波形進(jìn)行比較。當(dāng)燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障時(shí)，轉(zhuǎn)子波形是不對(duì)稱的，且波形會(huì)畸變。計(jì)算機(jī)采集處理系統(tǒng)由工控機(jī)、16位PCI接口A/D數(shù)據(jù)采集板組成。程序屏幕顯示探測(cè)線圈感應(yīng)電勢(shì)波形，可以根據(jù)JB/T8446-1996 判據(jù)來判定結(jié)果。
      匝間短路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)果欄顯示的結(jié)論包括正常、可疑和短路，除了文字顯示還會(huì)用綠色、黃色和紅色的背景顏色來標(biāo)識(shí)，分別對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)結(jié)果為正常波形、可疑波形、短路波形的情況。判定結(jié)果為“短路”時(shí)，表示該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)，如果該槽長期連續(xù)出現(xiàn)超標(biāo)，則可以初步確認(rèn)為存在匝間短路現(xiàn)象；判定結(jié)果為“正常”時(shí)，線圈應(yīng)不存在匝間短路的情況；判定結(jié)果為“可疑”時(shí)，表示同號(hào)線圈可能存在匝間短路，后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，結(jié)合歷史故障特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及發(fā)電機(jī)大修時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電氣試驗(yàn)（交流阻抗試驗(yàn)，開口變壓器試驗(yàn)）結(jié)果，綜合判斷該發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路或進(jìn)行相應(yīng)處理。
      三、結(jié)束語
      對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，不但是保證設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，更是國家標(biāo)準(zhǔn)要求和狀態(tài)檢修發(fā)展的趨勢(shì)。依據(jù)燃機(jī)發(fā)電機(jī)的實(shí)際情況，選擇適合設(shè)備實(shí)際情況的檢測(cè)方法，制訂具體方案并實(shí)施，可提高設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)水平，有效地避免事故的發(fā)生，提高設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，最終提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
      作者：（1）陳衛(wèi) 上海申能崇明發(fā)電有限公司 （2）李嫣然 上海交通大學(xué)電氣工程系