RSO诊断技术

RSO诊断技术原理分析及应用2015年09月14日一、概述二、隐极式发电机转子简析三、常规检测方法的分析比较四、RSO法的原理五、RSO方法应用实例——金属性短路六、RSO方法应用实例——非金属性短路七、结论目录大容量发电机转子匝间短路故障，会导致短路点局部过热会导致绝缘烧损接地、导线过热会导致变形或烧熔，故障的进一步发展会造成烧坏护环、大轴磁化，或烧伤轴颈和轴瓦等，甚至会造成转子烧损事故。同时由于匝间短路在气隙磁通中形成不对称磁场分量，会引起一系列的轴系振动问题。RSO(RepetitiveSurgeOscilloscope)重复脉冲法诊断技术以其高灵敏度、精确定位、使用方便、无损检测等独特的优点，推广应用将为电力系统的安全运行提供更好的服务。一、概述二、隐极式发电机转子简析1、转子绝缘结构：隐极式汽轮发电机转子采用的制造工艺是在转子表面沿轴向铣有安放转子绕组的槽，如图-1所示。每槽内安放6-8匝线圈，导线对地（转子本体）有槽衬绝缘，导线对槽楔有槽楔绝缘，每匝之间有匝间绝缘。2、转子绕组展开图：为了保证转子在高速旋转下不产生振动，嵌入槽内绕组导线的截面形状、主绝缘、匝间绝缘应严格保证对称，将转子绕组展开后，如图2所示，从电路方面看，应当是严格对称的。二、隐极式发电机转子简析图23、发电机转子绕组高频响应等值电路：按照电路分析原理，对发电机转子绕组回路应采用全电路，即高频响应等值电路分析方法，如图3所示。L1～Ln：绕组电感；R1～Rn：绕组直流电阻；Czj1～Czjn：绕组匝间电容；Rzj1～Rzjn：绕组匝间绝缘电阻；Rj_1～Rj_n：绕组对地绝缘电阻；Cj_1～Cj_n：绕组对地电容图3：发电机转子绕组高频响应等值电路二、隐极式发电机转子简析1、直流电阻法：按照DL/T596-1996规定，每次大修时，应对转子绕组的直流电阻进行测量（冷态下），并与原始数据比较，当换算到同温度时其变化不应超过2％。当用直流电阻法测量转子绕组的直流电阻时，其电感、电容将不起作用，等值电路如图4所示。图4：测量转子绕组的直流电阻等值电路一般发电机转子每极大约6-8槽，每槽大约6-8匝，共计110匝左右，直流电阻在mΩ级，从转子结构特点看大跨度的匝间绝缘破坏或发生金属性短路的概率非常小，一般只会在相邻匝之间发生，即便是发生金属性短路其总阻值变化也小于1％，如果发生匝间绝缘电阻降低总阻值应该没有变化，如果每次测量时使用的仪器不同，其测量结果难以比较，因此直流电阻测量法的灵敏度是很低的。三、常规检测方法的分析比较2、阻抗和功率损耗：试验电源通常是50Hz，绕组匝间电容Czj1～Czjn、绕组对地电容Cj_1～Cj_n视为开路；绕组匝间绝缘电阻Rzj1～Rzjn、绕组对地绝缘电阻Rj_1～Rj_n视为无穷大，结果等值电路如图5所示。图5：测量转子绕组的交流阻抗等值电路此项测试将在转子出膛前、转子膛外、转子进膛后、冲转中不同转速等工况下进行，通常是读取电压、电流、功率损耗（有功），交流阻抗值是通过运算得到的，一般在4～8Ω。从交流阻抗数据分析可以得出，在50Hz交流作用下，转子只是一个基本纯感性的电感，当绕组匝间绝缘电阻发生变化时是不会改变电感量，只有在发生金属性匝间短路时才会改变电感量，其变化量应小于1％，换算为阻抗后变化量也是小于1％；功率损耗只是消耗在导线上的电阻性损耗，即铜损，反映的是电阻的变化情况，其变化量还不及直接测量直流电阻来的准确。交流阻抗和功率损耗试验受膛内膛外、定转子之间的气隙、转子转速、短路电阻及部位、试验电压高低、槽楔和护环结构等很多因素影响，因此很难定出统一标准，其分析仅能将本次测量值与前次测量值进行比较，并结合其他的测试方法，综合判断才能得出结论。三、常规检测方法的分析比较3、测量发电机的空载、短路特性曲线：该方法由于受测量精度的限制，一般在转子绕组短路的匝数超过总匝数的3～5％时，才能在空载和短路特性曲线上反映出来。所以，其灵敏度也较低，也只能作为综合判断方法之一。三、常规检测方法的分析比较4、微分线圈探测：该技术是基于发电机转子励磁电流所产生的主磁通和槽中的漏磁通密度的测量；这种方法需在定子槽齿上安装微型探测线圈作为传感器，探测线圈测得的电压尖脉冲是槽内有效匝数的槽漏磁和气隙磁通密度波形畸变的合成。当探测线圈距转子表面距离越小，则测量到的感应电压就越高（即灵敏度越高）。该方法在判断金属性匝间短路故障时，是比上述三种方法要灵敏的多，但无法判断匝间非金属性短路时绝缘情况,并且国产机组又没有配置该线圈,需要另外增加,现场安装探测线圈有一定的难度。三、常规检测方法的分析比较1、RSO法的原理：所谓RSO（RepetitiveSurgeOscillograph）法就是重复脉冲试验法。该方法是以行波传输为基础，应用神经网络特征及高频波在相同介质中传输对称性来实现，该方法已在实验室中和发电机上试验成功。RSO重复脉冲法试验应用的是波过程理论（行波技术），当信号发生器发出的低压脉冲信号（行波）沿绕组传播到阻抗突变点时，会导致反射波和透射波的出现，由此会在检测点测得与正常回路无阻抗突变时不同的响应特性曲线。此方法是基于绕组沿线波阻抗的变化来进行检测。匝间短路的程度通过故障点处的波阻抗变化大小来反映，显示在示波图上可以用两个响应特性曲线合成的平展程度来判定，有突起的地方说明匝间存在异常，并且突起的波幅大小就表明短路故障的严重程度。因此，即使绕组出现一匝短路故障，应用RSO技术对故障的甄别也有很高的灵敏度。四、RSO方法2、RSO测试接线图：发电机转子匝间短路的诊断技术涉及到两个方面的问题，一是转子匝间短路的早期发现；二是匝间短路的故障定位。RSO能够较早地发现转子匝间金属性短路故障；也可以检测到一匝绕或多匝非金属性短路绝缘故障；并且能够较准确的确定在转子绕组匝间短路的具体线圈或具体槽位。典型的RSO重复脉冲法测试接线图如下：图6：RSO测试接线图四、RSO方法某电厂的一台1000MW机组检修时,同时做了交流阻抗值、气隙波形和RSO测试，在相同状况下的交流阻抗值和气隙波形均正常，但是使用本仪器却显示转子第八匝线圈励侧段部出现金属性短路。该机组正常状况的数据（1）交流阻抗测量值五、RSO方法应用实例——金属性短路（2）微分探测线圈测量波形五、RSO方法应用实例——金属性短路（3）RSO方法探测波形：五、RSO方法应用实例——金属性短路该机组大修时的数据（1）交流阻抗测量值五、RSO方法应用实例——金属性短路该机组大修时的数据（2）微分探测线圈测量波形机组大修时没有该数据五、RSO方法应用实例——金属性短路该机组大修时的数据（3）RSO方法探测波形：结论是：发电机转子线圈存在匝间短路故障，短路程度为一匝，短路位置在转子八号线圈励侧端部。五、RSO方法应用实例——金属性短路该机组大修时的数据（4）实际转子故障图片：在现场抽出护环检查发现护环内绝缘衬套在七、八号线圈过桥处有绝缘过热现象，且七、八号线圈过桥下两匝线圈已烧熔粘接在一起五、RSO方法应用实例——金属性短路（1）某电厂的一台300MW机组检修时,同时做了交流阻抗值、RSO测试，在相同状况下的交流阻抗值是正常的，但是使用本仪器却显示转子第3-4线圈励侧段部出现非金属性短路。交流阻抗测量值见下表：表3300MW机组交流阻抗六、RSO方法应用实例——非金属性短路（2）RSO方法测量波形——机组转子膛内未清扫前波形六、RSO方法应用实例——非金属性短路六、RSO方法应用实例——非金属性短路（3）RSO方法测量波形——转子第三匝线圈金属性短路六、RSO方法应用实例——非金属性短路（4）RSO方法测量波形——转子第四匝线圈金属性短路（5）RSO方法测量波形——机组转子膛外清扫后波形六、RSO方法应用实例——非金属性短路（6）RSO方法结论：在励侧端部负极第三槽与第四槽的过桥处，有绝缘薄弱点，与转子RSO指纹参数试验数据对比后，可以排除金属性短路的可能，经过清扫处理后，绝缘有所改善，但仍未彻底消除，见下图。六、RSO方法应用实例——非金属性短路RSO测试方法是一个使用方便、判断准确的新技术，并且是无损检测。RSO测试方法适用于分析发电机转子匝间金属性或非金属性短路故障，可以早期发现转子绝缘的潜在性故障。七、结论谢谢！