摘要：無刷發電機轉子匝間短路故障發生頻率高且難以榆測。以發電機定子繞組線圈為對象，分析了發電機轉子繞組匝間短路時，定子繞組并聯支路內的感應電動勢特性，以及由此引起的轉子繞組上的諧波特性。將勵磁電流中的特征頻率成分看成諧波源，研究了故障特征向勵磁機側傳遞的規律，得到了故障時勵磁機勵磁電流的諧波特征，從而提出了一種基于勵磁機勵磁電流的轉子繞組短路故障的檢測方法。運用故障模擬發電機組進行了動模試驗，試驗驗證了理論分析的正確性和有效性。

    關鍵詞：無刷發電機；轉子繞組；匝間短路；故障檢測

    中圖分類號：tm 307+l文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)04-0063-05

    轉子繞組匝間短路是發電機的常見故障，會出現發電機組振動超標、無功嚴重降低（勵磁屯流超過額定要求）、轉子溫度高等異常運行工況，危及發電機組的安全運行。因此，有必要在故障初期給出預警或檢修方案，以****程度地減小故障損失。目前，對于發電機轉子繞組匝間短路故障的檢測，有較多的文獻報道。文獻[1]分析了定子繞組內環流的諧波成分，認為定子繞組并聯支路內，奇數次諧波環流的出現和增長是轉子短路故障的特征，并試驗驗證了隨著短路情況的嚴重，頻率為30 hz的環流幾乎成線性增長；文獻[2]認為轉子繞組短路故障引起定子繞組并聯支路二次諧波環流的增加，且幅值隨短路程度的增加而增加，但對于實際運行的發電機，并聯支路的接頭在發電機的機殼內，故障特征測試不方便；文獻[3]將轉子徑向工頻振動幅值作為轉子匝間短路故障的特征量，但是需要對轉子安裝侵入式的振動傳感器；文獻[4]分析了轉子匝間短路時勵磁電流的諧波特征，但是對無刷發電機而言，發電機勵磁電流不可測；文獻[5]應用小波變化對探測線圈法進行改進，采用小波分析法對電勢波形的一階微分信號進行處理，通過發現信號畸（突）變點及小波變換幅值極大值處，從而判斷匝間短路故障的存在及故障點的位置；但是，這種方法要求轉子處于旋轉狀態，所以在轉f安裝前和半成品時不能采用，而日從調研的資料發現，國內絕大多數電現有及新設計的電機中，極少裝有這種測量線圈，并且．安裝這種線圈需要的停機時間也很長。上述研究的主要缺點是故障特征不可測或者需要安裝侵入式的傳感器，給生產廠家和用戶都帶來了不便。本文針對上述缺點，提出了一種新的轉子繞組匝問短路故障識別方法，測試方便，無需安裝侵入式傳感器，適合在線監測的要求。

     本文將分析轉子繞組發生匝間短路故障時，故障特征依次由定子繞組、勵磁繞組、勵磁機電樞繞組到勵磁機勵磁繞組的傳遞規律，得出故障情況下，勵磁機勵磁電流的故障特征規律，最后實測了故障模擬發電機組的試驗數據：

    發電機正常運行時，勵磁繞組產生的磁動勢以轉子工頻旋轉（以本文試驗用故降模擬發電機為例，轉速為1 500 r/min，極對數p=2），電棍繞組感應電流產生的旋轉磁動勢以相同的轉速和方向旋轉。當發電機轉子繞組發生匝間短路時，按照文獻的推導假設：短路后繞組對氣隙主磁場的影響相當于反向直流電產生的去磁磁場疊加在正常運行時的氣隙磁場上。反向直流電大小等于正常情況下的勵磁電流大小，流過反向電流線圈的跨距和匝數等于被短路線圈的跨距和匝數。考慮到短路發生位置的任意性，這里的跨距和匝數可以取不超過2w和轉子線圈匝數的任意值。將坐標原點選存短路線圈的中心線與氣隙網周的交點i．時，對等效的去磁磁動勢進行傅里葉級數分解，則各個極對數(h=l，2，3，4…)對應的磁動勢諧波成分都存在。下文將按各極對數分情況討論。

    試驗電機定子繞組為三相單層繞組，同心式繞法，并聯支路數為2。

當np=1時，三相繞組的并聯分支內將產生25 hz的環流，且每相繞組環流的相位差為60度電角度；

當np=2時，三相繞組的并聯分支內無環流，每相繞組感應