国内外诊断发电机转子线圈匝间短路位置的常用方法，有测量转子线圈交流阻抗和匝间电压、动态波形法以及开口变压器矢量法等，而这些方法都无法精确定位。为了查找匝间短路位置，必须先拔下两侧护环，尤其当护环拔后短路往往自动消失，难以保证检修质量。
　　华北电力科学研究院提出的在大型氢冷汽轮发电机转子线圈上应用电压分布曲线及曲线相交的原理，不拔转子护环就可诊断故障的具体位置，这种修前准确定位的方法，大大提高了检修工效，对保证大机组安全运行起到重要作用。该方法在张家口沙岭子、唐山陡河等发电厂的200、300 MW汽轮发电机上实际使用后，取得了明显效果，为今后国内大型氢冷汽轮发电机转子不拔护环诊断转子线圈匝间短路轴向位置提供了有效的新方法。

1　测量工作原理及基本方法
1．1　测量工作原理
　　本方法采用在故障回路上测量电压降分布的基本原理，当转子线圈中存在匝间短路时，经短路点构成了故障回路（见图1），试验时当转子线圈中通入稳定直流电流后，离开短路点k愈远的位置电压降愈高，即U_{T1′～T2′}＞U_{E1′～E2′}＞U_E2～E3＞U_T2～T3；反之电压降变小，当接近短路点时，其电压降便接近最小值或近于零值，即U_E2～E3＞U_{E2′～E3′}＞U_{T2′～T3′}＞U_T3～T4。
　　若短路故障点在k部位，通过试验可以做出2条基本对称的电压降分布曲线，此曲线的电压降零值位置或2条电压降分布曲线相交点位置即
为匝间短路的部位。

　　电压降分布曲线的测量可以在拔掉转子护环后进行，而对于氢内冷发电机的转子线圈，利用其结构上的特点可以在不拔两侧护环的条件下测量定位。为了测量线圈出槽口或拐角处的电压降，可将测量用的探针从紧靠护环两端本体出风区的风孔中伸入，分别测量不同位置的电压降值。虽然有时测量用探针所测位置无法用肉眼观察到，但每个测量值可根据转子线圈单位长度电压降值（mV／m）基本不变的原理进行自校，即所测各点位置电压降值与线圈长度有较好的线性关系。此外，短路部位k点前、后的二条电压降分布曲线有明确的交点。这些特点足以弥补转子不拔护环、测量探针无法用肉眼观察的不足，也优于根据电压值用计算公式确定故障位置的方法，由于后者无法自校，对测量结果心中无底，会出现较大的误　　差。测量回路的等值电路如图2。 　 　 　 　

图2　测量回路的等值电路
Ra——线圈T2～E2之间的电阻值；
Ra′——线圈T3～E3之间的电阻值；
Rb——线圈E1′～E2之间的电阻值；
Rb′——线圈E2′～E3之间的电阻值；

Rc——线圈E1′～T1′之间的电阻值；
Rc′——线圈E2′～T2′之间的电阻值；

Rd——线圈T1～T1′之间的电阻值；
Rd′——线圈T2～T2′之间的电阻值；

Re——线圈T2～T2′之间的电阻值；
Re′——线圈T3～T3′之间的电阻值；

Rf——线圈E2′～T2′之间的电阻值；
Rf′——线圈E3′～T3′之间的电阻值；

Rg——线圈E2′～E3之间的电阻值；
Rg′——线圈E3′～E4之间的电阻值；

Rh——线圈E4～T4之间的电阻值；
Rh′——线圈E3～T3之间的电阻值；　　

Rk——短路点接触电阻值　　　　
　　图3为常见的两种典型电压降分布曲线。图3（a）是当匝间短路部位接触电阻很小时，仅作一条曲线就可诊断的情况；图3（b）是当短路部位接触电阻很大时，应作出两条电压降分布曲线的情况，两条曲线的交点k即为短路部位，如若以k₁（或k₂）点作为故障点来判断，将会引起错误结论。当电压降所测值有分散或所测位置较少时，可以采用一元线性回归的方法来解决，以获得更高精确度（具体方法后述）。试验时还需选择“距离坐标参考点”，“距离坐标参考点”在转子线圈试验回路上可以任意选择，根据短路点k（见图3）与“距离坐标参考点”的距离大小（l_k）便可以精确定位。

1．2　不拔转子护环的测量方法
      （1）试前首先要了解转子线圈的绕向结构；

      （2）转子线圈通入的直流电流必须保持稳定，外施直流电流值取发电机转子额定值的（5～10）％；
　　（3）在有短路故障的线圈上，测量探针从紧靠护环出风区的风孔伸入，第1、2、3、4……风孔伸入的位置，相应代表线圈第1、2、3、4……匝的位置（如图4所示，靠近护环侧的风孔编号为1，其余类推）。探针伸入转子风孔中测量时要掌握一定技巧，如按线圈单位长度电压值进行自校等。探针可用带绝缘且有柔性的、直径为3～4 mm的硬铜线做成；

　　（4）试验时要掌握直流电压的变化趋势，若电压分布曲线沿电流方向呈下降趋势，表明短路点在测量位置电流方向的前方；反之，若电压分布曲线沿电流方向呈上升趋势时，则短路故障点在测量位置电流方向的后方；

　　（5）当测到电压近于零的位置时，试验时可以仅做一条电压分布曲线，而当短路处接触电阻较大时，必须做出两条电压分布曲线，并求出两条曲线之相交点；
　　（6）在转子线圈试验回路上选择“距离坐标参考点”，确定具体故障位置。

2　现场试验实例
2．1　实例1
　　沙岭子电厂1号发电机为国产300 MW水氢氢汽轮发电机，自1991年8月投产以来，发电机转子线圈多次发生匝间短路故障，并导致护环灼伤、转子接地及大轴磁化。1997年5月大修时发现第四个线圈（13号～20号槽）存在金属性匝间短路，拔下两侧护环后，短路现象消失。因具体短路故障没查清，厂家检修人员按常规方式作了处理，而套上护环后匝间短路征兆再次出现，没有达到检修目的。1998年7月，检修时采用不拔护环的新方法。

　　
　　采用新方法时，在转子线圈中通入100 A直流电流，第四个线包由通风孔处测得电压如表1所示。“距离坐标参考点”选在励磁机侧13号槽第1匝槽口处。
　

　　按表1作出沙岭子电厂1号发电机转子线圈电压降分布曲线如图6所示。　　
　　图6表明转子线圈短路点位置距离参考点长度为12．7～12．8 m，即在励磁机侧13号槽口第2～3匝处。拔下励磁机侧护环后，实际与试验吻合，发现诊断部位转子垫块表面粘有转子铜线磨损的金属铜，匝间绝缘垫条变形收缩，护环拔后短路现象虽消失，但由于拔护环前已由试验确定了短路部位，检修人员仅拔了一侧护环，经精心处理后，就消除了多年来一直存在的缺陷。

2．2　实例2
　　唐山陡河电厂7号发电机，为200 MW的国产水氢氢汽轮发电机，转子线圈每个极面下共包含有8个线包，其中9～24号槽线圈较另一极面下对应线圈（8～5号槽）阻抗减少55．2％，说明转子线圈9～24槽线圈存在匝间短路故障（见图7）。

　　转子线圈中通入100 A直流电流，从9～24号槽靠两侧护环的本体风孔中所测电压如表2所示。选择9号槽励磁机侧槽口第一匝铜线处为“距离参考点”。

　　
　　图8表明转子线圈短路点在9号槽励磁机侧1～2匝拐弯处，即距“距离参考点”0．5 m范围。后拔护环验证判断位置与实际短路位置吻合，该部位第一匝铜线受压变形，出现铜线楞角并压损1～2匝之间绝缘，造成该处匝间短路。
2．3　实例3
　　保定热电厂4号发电机为QFQ－50－2型50MW的氢外冷汽轮发电机，投入后不到3年时间，发现1／3线圈存在转子匝间短路，在大修中拔护环后分别作了处理，唯有4～25槽仍存在短路，为了确定具体故障位置，拔下两侧护环（氢外冷转子）作了定位试验。短路位置如图9所示。

　
　　转子线圈中通入100 A直流电流，选择励磁机侧25号槽拐角第4匝铜线处为“距离参考点”，测量结果如表3所示。　　
　　图10表明，两条直线不在零点相交，其交点处约有41 mV电压降，说明匝间短路处有较大接触电阻。故按表3推算短路点距离时还应扣除相

分别减去二条直线相交点处电压值。

　　经试验表明，短路点距“参考点”长度为3 300mm，短路点在汽机侧25号槽内4～5匝之间距槽口90 mm处。根据试验结果说明检修不必取出整个线圈，后仅拔掉槽口处二节槽楔即将短路故障消除，试验结果与实际故障位置完全吻合。

3　试验规律与要领
　　（1）试验前，应按阻抗测量等方法先查找出有匝间短路的线包，然后再在有匝间短路的线包上，利用所测匝间电压大小确定匝间短路所在的层数，同时在短路线圈的四周（槽口处和端部拐角处）分别测量电压值，作出电压分布曲线。对于存在二处匝间短路的线圈，亦可按上述方法查找。
　　（2）在一般情况下，当短路处接触电阻较小时，可以作出一条电压分布曲线查找匝间短路点；而当短路处接触电阻较大时，必须作出二条直线，由二条直线的相交点确定其短路部位。故在条件允许时，应尽可能作出二条电压分布曲线。
　　（3）当不拔护环条件下测量电压时，为了判断所测值的正确性，可根据转子线圈单位长度的电压值进行自校；而对于短路处接触电阻较大的情况下各处所测电压值（包括试验回路中最大电压值）必须减去二条分布电压曲线相交的电压值，求出线圈单位长度的电压值。
　　（4）当受现场条件限制试验所测点数较少或所测值分散时，数据分析可采用最小二乘法原理，以一元线性回归法将试验数值配制成直线，其中令变量X为距“参考点”的长度值，Y为所测电压值。当用回归法计算时，X与Y相互关系如下式所示：　　　

　
　　下面以唐山陡河发电厂7号发电机试验结果为例说明，表4为7号发电机一元回归计算结果。
　　

　　又如秦皇岛电厂1号发电机，因条件所限，仅测了4个较分散数据、采用回归方法与实际故障验证吻合。
　　（5）转子线圈的拐角及槽口顶层1～2匝部位，因运行中铜线受力及伸缩大，最容易在此发生匝间短路。当有线包连接线槽口或拐角第1～2匝发生短路时（如图7，实例2）。因短路点位于线圈的最远端，不能在短路点前、后作出两条电压分布曲线，遇到短路处接触电阻较大时，应根据短路易在槽口或拐角位置发生的规律进行判断查找。

4　结论
　　大型汽轮发电机转子匝间短路故障在发电厂中屡有发生，相继伴随该类故障的有时还会有转子接地、磁化、机组振动等更严重事故发生。因此对于大型机组尽快消除这种故障已极为重要。以往国内传统的诊断手段必须拔下转子护环，而有时当拔下护环后，转子匝间短路缺陷会自动消失，给检修带来很大困难；且传统方法无法精确定位，修后故障往往再现。华北电力科学研究院提出的大型汽轮发电机不拔护环诊断转子线圈匝间短路的方法克服了上述缺点，为今后快捷正确地查找转子线圈匝间短路故障提供了新的有效的诊断手段。