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目前，国内外对发电机转子匝间短路的检测主要有发电机停机检修时进行的离线式脉冲电流法检测、交流阻抗法检测。离线式的检测技术仅仅局限于发现发电机稳定性匝间短路（这种短路故障与转子的转速、温度、运行方式等无关，是一种固定短路故障），只有在转子特定工况（转速快与慢、温度高与低）才会出现，当转子静止时即消失的动态短路故障很难发现。鉴于此，研发发电机转子匝间短路故障在线检测及故障诊断定位技术，得到国内外相关行业的重视与研究。
发电机的运转经常会出现匝间短路故障，汽轮发电机绕组出现短路故障后会增大机组振动，烧毁线圈，出现机械故障，甚至酿成事故，因此发电机转子匝间短路故障的诊断非常必要。江苏信息职业技术学院、国网成安供电公司张晶晶、张平平等人结合实验模拟用有限元软件仿真了汽轮发电机转子绕组匝间短路故障，分析了发电机转子绕组发生匝间短路故障时的电磁场和等效气隙磁密，探寻发生故障后的早期故障征兆，为转子匝间短路故障的诊断和在线检测提供了方法和依据[1]。
广东粤电新会发电有限公司张宪宝研究表明：发电机的转子绕组是发电机的重要构成部件，转子匝间短路故障严重时会引起机组的振动增大，造成发电机转子烧损甚至系统停机。在机组检修期，对转子进行检测线圈法检查，从理论上分析了转子匝间短路时磁场信号的故障特征，并进行仿真验证；在机组运行期，对发电机转子动态匝间短路进行在线检测与诊断，可提高转子绕组匝间短路故障检测的灵敏度，能及时发现发电机匝间短路隐患[2]。
华能陕西发电公司、华能铜川照金电厂马国斌、王小辉对发电机转子匝间短路故障产生原因进行分析，并对匝间短路故障进行分类，按照发电机停运状态和在线状态列举常用的发电机匝间短路故障检测方法，对各种检测方法的特点进行了说明[3]。
湖北省电力试验研究院阮羚、周世平等的研究成果，采用二维电磁场有限无数值计算方法完成了发电机转子正常和匝间短路时气隙磁场分布的理论分析和数值计算，对发电机各种负载工况下气隙磁场分布及对称性进行了分析研究；并在通过300MW汽轮发电机上的真机验证试验后，提出了利用转子齿顶漏磁齿谐波幅值（正常与故障状态）的变化对发电机全工况进行转子匝间短路在线监测和故障定位的方法，以及对故障进行量化分析和诊断的判据。研制了发电机转子匝间短路故障全工况在线运行监测分析系统和专用动测传感器以及综合分析软件，并用其实现对各种类型和不同容量发电机转子匝间绝缘状况的全工况监测及故障量化分析和诊断，解决了这一发电机转子全工况运行监测及故障诊断的重大技术难题[4]。
清华大学发明专利ZL201010554528.5授权公开了一种汽轮发电机转子匝间短路故障位置及短路匝数的判定方法，首先利用基于多回路模型的发电机转子匝间故障分析技术对故障进行计算，择优选择检测对象，利用特征谐波分量的有效值及相角确定转子故障类型及故障位置判据；然后基于计算结果拟合得到不同槽内绕组短路时定子分支故障特征谐波电流与短路匝数的函数关系；应用时只需从发电机机端采集定子一个分支的电流，通过快速傅里叶分析滤取分支电流的故障特征谐波分量的有效值及相角，根据故障类型和故障位置判据可确定故障位置，再通过求解定子分支故障特征谐波电流与短路匝数的函数关系所构成的方程即可确定短路匝数[5]。
为及时准确地检测同步发电机的转子绕组匝间短路故障，减少故障恶化和经济损失造成的更严重的损害，华北电力大学Yucai Wu等人研发了一种高灵敏度的在线检测方法，根据同步发电机的结构特点，提出一种以300MW汽轮发电机和550MW水轮发电机为有限元仿真对象，对转子绕组匝间短路故障的无传感器在线检测方法。结果表明，该无传感器同步发电机转子绕组匝间短路故障诊断方法具有较高的灵敏度，可以实现故障的实时监测[6]。
哈尔滨科技大学Xin Peng以1407MVA核电半速涡轮发电机为例，建立了并网发电机在额定负载稳定运行时的现场电路-网络耦合有限元法模型，模拟了相同故障程度和不同故障位置下的发电机定子绕组匝间短路故障，提供了大型同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断方法[7]。
2018年第二届ICD国际会议上，Rehman,A.U.等人研究设计了一种基于有限元法(FEM)的模型，以监测发电机在转子绕组中正常和匝间短路故障条件下的行为，利用ANSYSMaxwell二维技术设计了机器现场电路耦合模型[8]。
加拿大Dirani,H.C.等人研究了转子匝间短路对大型水轮发电机径向磁通密度的影响，采用基于先进二维有限元分析的数值模型计算转子绕组匝间短路的磁通量密度。先将模拟的气隙通量密度与测量结果进行比较，以验证有限元模型的有效性；然后提出了两种基于磁通密度的气隙分析来检测该故障的方法[9]。
西班牙M.Sasic等人研究并介绍了发电机转子匝间短路故障的有限元建模原理、特点、计算与方法等[10]，但未涉及到在不改变发电机负载的方式情况下，对发电机转子匝间短路故障进行在线精准检测和故障定位的技术。
综上所述，以发电机转子绕组匝间全磁通监测技术及磁通数据为基础，基于有限元模型算法分析方法，建立转子匝间短路诊断模型，建立发电机转子绕组匝间短路故障的专家数据库；以及融合物联网技术与大数据智能算法，动态监测匝间绝缘状态，研究故障预警与诊断方法，并搭建在线监测平台，实现在不改变发电机负载的情况下，对发电机转子匝间短路故障进行在线精准检测和故障定位，将成为当前该技术领域新的研究方向。
参考文献：
[1] 张晶晶；张平平, 基于有限元发电机励磁绕组匝间短路故障分析. 自动化应用. 2021,5:103-105
[2] 张宪宝，两极式发电机转子匝间短路故障检测实用方法. 山西电力2019,4:12-16
[3] 马国斌；王小辉，发电机转子匝间短路故障原因及检测方法. 电工技术2016,6:96-97
[4]阮羚；周世平等, 湖北省电力试验研究院科技成果，发电机转子匝间短路全工况在线运行监测及诊断分法研究. 科技成果库2004年
[5]清华大学, 汽轮发电机转子匝间短路故障位置及短路匝数的判定方法. 发明专利ZL201010554528.5（申请日：20101119；公告日：20130522）
[6]Yucai Wu等（North China Electric Power University），Fault diagnosis of rotor winding inter-turn short circuit for sensorless synchronous generator through screw. IET Electric Power Applications 2017.Vol.11.No.8:1475-1482
[7]Xin Peng（Harbin University of Science and Technology），Characteristic law of synchronous generator with stator winding inter-turn short circuit fault. Electric Machines and Control 2019.Vol.23.No.1:45-51
[8]Rehman, A.U.等, Detection of Rotor Inter-turn Short Circuit Fault in Doubly-fed Induction Generator using FEM Simulation. 2018 IEEE 2nd International Conference on Dielectrics (ICD) 2018,4,15
[9]Dirani, H.C.等[Canada], Finite element simulation of hydro generators with rotor inter turn short circuit. 2017 IEEE International Electric Machines and Drives Conference (IEMDC) 2017,6,18
[10]M.Sasic；B.A.Lloyd；A.Elez等[Spain]，Finite elements modelling of rotor shorted turns. EPRI TGUG Workshop, Barcelona, 2011
