燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障監(jiān)測系統(tǒng)研究

      上海漕涇熱電有限公司燃機循環(huán)機組受天然氣供應限制和為上�；瘜W工業(yè)園區(qū)供熱，發(fā)電機組主要是“以熱帶電”，發(fā)電機在電網(wǎng)中起到調(diào)峰作用。燃機發(fā)電機啟停較頻繁，由于燃機機組啟動都是通過變頻拖動，所以燃機發(fā)電機啟動時其轉(zhuǎn)子、定子均有電流、電壓。燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子容易引起匝間短路（匝間短路分動態(tài)和靜態(tài)兩種情況），轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是燃機發(fā)電機運行中常見的故障，當短路發(fā)生時，將使轉(zhuǎn)子勵磁電流增加、繞組局部溫度升高、短路點出現(xiàn)銅線燒損和加速絕緣損壞的現(xiàn)象和事故。此外，還會因為熱不平衡引起機組的振動值異常增加，危害機組的安全運行。
      通過配置燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測裝置，可以實時地對發(fā)電機轉(zhuǎn)子波形進行在線監(jiān)測。通過對比波形來判斷轉(zhuǎn)子狀況，若有問題可迅速作相應的檢修處理，避免產(chǎn)生突發(fā)性重大事故而造成的經(jīng)濟損失。因此，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間絕緣狀況進行動態(tài)監(jiān)測和分析是非常必要的。
      一、RSM 型轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測系統(tǒng)的功能和組成
      1、轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測系統(tǒng)的組成
      RSM型轉(zhuǎn)子匝間短路監(jiān)測系統(tǒng)是以電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下探測線圈動態(tài)波形法為基礎(chǔ)研制的動態(tài)監(jiān)測分析系統(tǒng)，具備在機組運行時對轉(zhuǎn)子磁場波形進行在線監(jiān)測和分析功能。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)主要由探測傳感器元件、傳輸電纜、計算機采集處理分析系統(tǒng)等組成。計算機采集處理分析系統(tǒng)由采集模塊、計算機和專用分析軟件組成。
      
      2、探測線圈法
      探測線圈法最早由英國學者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傳感器，并用環(huán)氧聚合物包裹起來，并采用了實心圓盤防護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)生感應電勢，根據(jù)此電勢波形是否發(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）實時波形顯示。通過觀察波形特征值，可以判斷中等和嚴重的轉(zhuǎn)子匝間短路。
      （2）根據(jù)實時波形，用相應判據(jù)通過專用程序進行判斷，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個槽以內(nèi)。
      4、系統(tǒng)配裝
      上海漕涇熱電燃機發(fā)電機為美國GE公司制造，額定容量278MVA，靜態(tài)勵磁，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)室設置燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路在線檢測裝置柜。燃機發(fā)電機定子鐵芯槽部均裝有探測傳感器，探測傳感器位置在靠近發(fā)電機勵端定子線棒近階梯上部，在發(fā)電機定轉(zhuǎn)子間隙間，形狀：5 mm直徑圓柱，長度為5 cm；由燃機發(fā)電機車面勵端側(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)燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路在線檢測裝置柜。與計算機采集處理分析系統(tǒng)配套使用。定期進行數(shù)據(jù)采集和分析，由于機組和傳感器的差異對磁場波形的影響，對燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行現(xiàn)場錄取波形并進行程序調(diào)試。
      二、錄波測試
      1、發(fā)電機轉(zhuǎn)子錄波測試
      從燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子探測傳感器錄取轉(zhuǎn)子波形，從中發(fā)現(xiàn)燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子波形是單相正弦波，波形及寬度比較對稱，錄取波形時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)測分析系統(tǒng)
      將錄取的波形作為標準圖形灌入程序，以便與燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子運行時的波形進行比較。當燃機發(fā)電機轉(zhuǎn)子存在匝間短路故障時，轉(zhuǎn)子波形是不對稱的，且波形會畸變。計算機采集處理系統(tǒng)由工控機、16位PCI接口A/D數(shù)據(jù)采集板組成。程序屏幕顯示探測線圈感應電勢波形，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，除了文字顯示還會用綠色、黃色和紅色的背景顏色來標識，分別對應監(jiān)測結(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，表示該監(jiān)測數(shù)據(jù)嚴重超標，如果該槽長期連續(xù)出現(xiàn)超標，則可以初步確認為存在匝間短路現(xiàn)象；判定結(jié)果為“正常”時，線圈應不存在匝間短路的情況；判定結(jié)果為“可疑”時，表示同號線圈可能存在匝間短路，后續(xù)應加強監(jiān)測，結(jié)合歷史故障特征統(tǒng)計數(shù)據(jù)及發(fā)電機大修時發(fā)電機轉(zhuǎn)子電氣試驗（交流阻抗試驗，開口變壓器試驗）結(jié)果，綜合判斷該發(fā)電機轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路或進行相應處理。
      三、結(jié)束語
      對發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行在線狀態(tài)監(jiān)測，不但是保證設備長期安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，更是國家標準要求和狀態(tài)檢修發(fā)展的趨勢。依據(jù)燃機發(fā)電機的實際情況，選擇適合設備實際情況的檢測方法，制訂具體方案并實施，可提高設備的狀態(tài)檢測水平，有效地避免事故的發(fā)生，提高設備運行的安全性和可靠性，最終提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
      作者：（1）陳衛(wèi) 上海申能崇明發(fā)電有限公司 （2）李嫣然 上海交通大學電氣工程系