汽轮发电机转子匝间绝缘的RSO检测方法

向秋芳 李小波

（海南核电有限公司 海口）

大型汽轮发电机转子绕组匝间短路在转子故障中发生频率较高，其产生或发展的原因主要有过激磁、异物破坏转子匝间绝缘、转子局部冷却不足导致匝间绝缘受损。早期轻微的转子匝间绝缘受损危害并不严重，但如不能尽早发现和处理，受损程度会逐渐加重，最终形成匝间短路，严重的匝间短路将会导致转子的局部发热、振动加剧，甚至会导致转子接地故障的发生。

目前，国内大部分电站对转子匝间短路的诊断多采用传统的方法，如直流阻抗法、交流阻抗法、匝间压降法、转子气隙波形检测法等来进行，发电机制造厂多采用转子气隙波形检测法来检测匝间短路，但这些方法都很难在匝间绝缘受损初期发现问题。RSO检测方法是根据发电机转子绕组分部的对称性特点，在转子正负两极施加一个高频低压脉冲信号，同时用示波器观察相应的输出响应信号，正常情况下，正负两极的脉冲响应应该是完全一致的，反应在波形图上，应该是两条完全重合的曲线，如果试验结果显示正负两极不能重合，则说明转子绕组绝缘存在异常。该方法在汽轮发电机转子绕组绝缘受损初期就可灵敏检测出来并精确定位到绝缘受损的线圈，对于由于发电机制造出厂阶段的匝间绝缘检测也非常有帮助。

一、RSO检测技术的理论基础

1.对称的发电机转子结构

机组运行中汽轮发电机转子高速旋转，为了让高速旋转的转子能平衡运转，设计上要求发电机转子结构对称。一般大型汽轮机是两极转子或者四极转子。大型两极汽轮发电机转子结构见图1。

图1 汽轮发电机两极转子结构示意图

2.汽轮发电机转子的绝缘

汽轮发电机一般为隐极式，其转子的绝缘结构如图2所示，槽楔绝缘和槽衬绝缘为主绝缘，槽内一般放置6～8匝线圈，匝与匝之间有匝间绝缘，正常运行时，转子线圈匝与匝之间电压一般只有几伏到十几伏，电压较低，因此匝间绝缘一般采用Nomex纸或环氧浸渍玻璃薄片压缩材料或者云母纸等类似的绝缘材料，其绝缘厚度一般在0.2～0.4 mm。为固定线圈，最上面装置了槽锲。

图2 发电机转子一个槽内的绝缘结构

发电机转子典型的工作环境特点是温度高（可达150℃，B级温升）、机械应力强、机械振动强，工作环境非常恶劣，因匝间绝缘最为薄弱，是容易出现绝缘失效问题的部位。

二、RSO实验原理与方法

1.RSO实验原理与方法

RSO（the Recurrent Surge Oscillograph）重复脉冲试验法应用的是波过程理论。当行波沿绕组传播到阻抗突变点时，会产生反射波和透射波，由此在检测点测得与正常回路阻抗不一样的响应曲线，根据响应曲线就可判断转子绕组中是否存在绝缘异常的点以及绝缘异常的程度。

试验接线如图3所示，在重复脉冲法试验时，RSO测试仪在转子正负两极施加一个高频低压的脉冲信号，同时用示波器观察相应的输出响应信号，正常情况下，由于转子绕组分布的对称型，正负两极的脉冲响应信号应该完全一致，反映在波形图上，即两条相应曲线应当完全重合，其相减波为一条直线，一旦不能完全重合，相减波形出现凸起，说明转子绕组绝缘存在异常。

2.实验结果

根据上述试验原理和方法，当转子匝间绝缘没有问题时，示波器测得的波形图如图4所示，当转子两端输入波形基本重合，相减波为一条平滑直线时，说明转子匝间绝缘良好。

图3 RSO试验接线示意图

图4 没有匝间绝缘问题的测试波形图

当转子匝间绝缘存在异常时，测试波形图基本特征如图5所示，转子两端输入波形不重合，相减波为有凸起或者下凹的地方，说明转子匝间绝缘有缺陷。

图5 有匝间绝缘问题的测试波形图

根据有匝间绝缘问题的试验波形图，可以判断是否存在匝间绝缘受损以及其严重程度，匝间短路的阻抗越大，那么反射波的幅值就越小，通过观察相减波形的尖峰突起的幅值来判断匝间绝缘受损的严重程度。根据这一特点，RSO试验方法能发现萌芽状态的比较轻微的匝间绝缘问题，能为用户检修决策的提供重要参考，这是该方法与其他转子绝缘检测方法相比的最大优点。根据此波形图中相减波还可以判断故障的位置，图6为计算匝间绝缘问题位置的模型图，假设脉冲波从A端到B端所用时间是T，脉冲波从A端到故障点所用时间为T1，而整个绕组的长度为L，则可知故障点C距离A端的长度X=T1/T×L，根据试验数据得知脉冲波在转子绕组上的传播速度大约为1.11×108m/s，再根据发电机转子绕组长度可以得出脉冲波在转子中传播时间T，而T1则是示波器上尖峰突起的时间的1/2，由此可以计算出X值，从而推出故障在第几个线圈。

图6 匝间绝缘问题定位模型图

3.转子绕组绝缘的RSO检测法与其他检测方法比较

通过与其他转子绕组绝缘检测方法进行对比（表 1），就可得出 RSO检测法有着两方面的优势，一是转子绕组匝间绝缘缺陷可早期发现，二是匝间短路的故障定位可准确到具体的线圈。

三、结束语

汽轮发电机转子匝间绝缘的RSO检测方法有着其它检测法不可比拟的优点，特别适合发电机转子状况的跟踪分析，适合推广。大型发电机在刚出厂时，由于制造和设计原因，转子绕组或多或少存在匝问绝缘不良的情况，刚开始由于症状不明显，用一般方法难以发现，随着长时间的运行，匝问绝缘会逐渐恶化，严重的会发生短路，这个时候再检测也只能确认是否有短路发生，对预防发电机发生严重的匝间短路帮助不大。而RSO试验从发电机制造、安装、调试直至全周期运行都适用，对发电机状况的监测非常有利。对于发电机转子绕组绝缘状况的监测，如果能把动态时的气隙波形测量和每次停机大修时的RSO试验结合起来使用，将大大加强发电机的状态监测效果，这也是汽轮发电机转子绕组匝间短路故障监测的综合方法。

表1 转子绕组绝缘的RSO检测法与其它检测方法比较