一種發電機轉子繞組動態匝間短路故障的定位方法技術

一種發電機轉子繞組動態匝間短路故障的定位方法，所述方法為：打開發電機定子任意一相并聯支路端口，使電機空載運行，采集定子端口打開相的繞組支路電壓信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到定子支路電壓頻譜圖，然后計算其基波、二次、三次、四次諧波有效值相對于無故障電機的變化量,進而得到基波和三次諧波有效值變化量的比值以及二次和四次諧波有效值變化量的比值，最后將這兩個比值與事先通過仿真得到的比值進行比較，找到與該比值相對應的故障，從而確定存在動態匝間短路故障的線圈。本發明專利技術具有定位準確度高、適用范圍廣等優點，它可以及時發現轉子繞組動態匝間短路故障，防止故障進一步蔓延造成重大損失。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種能夠確定發電機轉子線圈動態匝間短路故障位置的方法，屬于發 電機

技術介紹
轉子線圈匝間短路故障是汽輪發電機的頻發故障，一般有靜態和動態匝間短路兩 種形式。靜態匝間短路不隨轉子轉動狀態和運行工況而變化，可在停機時檢測出來；動態匝 間短路是由于轉子運行過程中的離心作用，導致勵磁繞組之間壓力過大，壓破鄰近繞組間 絕緣而形成的，在發電機停止運行時，勵磁繞組之間的壓力減小，短路消失，因此停機時很 難進行檢測。目前，檢測轉子線圈動態匝間短路故障的方法主要有勵磁電流增幅檢測法、基于 轉子振動與勵磁電流正相關性的判斷方法、基于定轉子振動特性改變的方法、基于定子繞 組并聯支路間的偶次諧波環流分析方法以及氣隙磁場探測線圈等方法。勵磁電流增幅檢測法是根據匝間短路故障后勵磁電流增大和無功減小的原理來 檢測轉子匝間短路故障。由于勵磁電流增幅常常不是恨明顯，且受調節時多種因素的影響， 因此，一般作為判斷轉子存在匝間短路的參考判據?；谵D子振動與勵磁電流正相關性的判斷方法，其基本原理是轉子線圈出現匝 間短路后，轉子振動出現異常，且轉子的軸振值隨勵磁電流的變化而變化，兩者之間存在正 相關性。當轉子的軸振值與勵磁電流之間存在明顯的正相關性或隨動性時，即可診斷轉子 繞組存在匝間短路故障。基于定轉子振動特性改變的方法監測轉子匝間短路故障所依據的原理是轉子線 圈出現匝間短路后，定、轉子振動出現異常。根據定子和轉子的振動軌跡是否異常來診斷轉 子繞組是否存在匝間短路故障?；诙ㄗ永@組并聯支路間的偶次諧波環流分析方法，其基本原理是轉子線圈出 現匝間短路后，氣隙磁場中出現偶次諧波，在定子繞組中感應偶次諧波電勢，對于定子具有 兩條并聯支路的電機來說，偶次諧波電勢會在并聯支路間產生環流。通過檢測定子繞組并 聯支路間是否存在偶次諧波環流來診斷轉子繞組是否存在匝間短路故障。氣隙磁場探測線圈法是預先在發電機定子膛的通風溝處安裝一個探測線圈，當轉 子旋轉時，該探測線圈可以檢測到氣隙中磁場的變化情況。通過對氣隙旋轉磁場進行微分， 然后分析信號微分后的波形來診斷轉子繞組是否存在匝間短路故障以及故障槽的位置。所 述方法的缺點是需要將探測線圈裝在定子鐵心的空氣隙表面，對已經投運的電機安裝探測 線圈難度較大，因此使所述方法的應用范圍受到了限制。除此之外，還有基于勵磁電流是否存在諧波、軸電壓信號中是否出現與定子齒槽 數對應的特征諧波等方法，以及借助于數學方法如神經網絡、小波分析建立診斷規則從而 診斷轉子繞組是否存在匝間短路等方法。以上涉及的方法中除探測線圈法外，其它方法雖然能夠診斷轉子匝間短路的程度，但診斷匝間短路線圈的位置比較困難?？傊?，盡管國內外對轉子繞組匝間短路故障的檢測十分重視，但現有的各種方法實現匝間短路線圈的定位還存在一定的困難。發電廠因發生轉子繞組匝間短路故障后未能及時發現而造成嚴重后果的事例屢見不鮮，因此有必要進一步提高此類故障的診斷水平。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對現有技術之弊端，提供，以提高此類故障的診斷水平。本專利技術所述問題是以下述技術方案實現的，所述方法為打開汽輪發電機定子任意一相繞組并聯支路端口，使電機空載運行，采集定子端口打開相繞組的一條支路電壓信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到定子支路電壓頻譜圖，然后計算其基波、二次、三次、四次諧波有效值相對于事先存儲的無故障電機在相同勵磁電流下的諧波有效值的變化量，進而得到基波和三次諧波有效值變化量的比值以及二次和四次諧波有效值變化量的比值，最后將這兩個比值與事先通過仿真得到的比值進行比較，找到與該比值相對應的故障，從而確定存在動態匝間短路故障的線圈。上述發電機轉子繞組動態匝間短路故障的定位方法，所述方法包括以下步驟a.利用有限元方法分別計算汽輪發電機無故障以及轉子不同線圈匝間短路時的磁場分布，得到不同線圈短路時的氣隙磁密分布；然后對氣隙磁密進行快速傅立葉變換，得到其各次諧波幅值，將電機無故障與存在匝間短路時的磁密相比較，計算基波幅值的變化量 、二次諧波幅值的變化、三次諧波幅值的變化量』3m和四次諧波幅值的變化量b.計算氣隙磁密的基波與三次諧波幅值變化量的比值f以及二次諧波和四次諧波幅值變化量的比值；C.計算定子支路空載電壓中基波與三次諧波有效值變化量的比值f以及二次諧波和四次諧波有效值變化量的比值=其中、>, >,和&分別為定子繞組基波、二次、三次和四次諧波的繞組因數，將各個線圈匝間短路時的兩個比值建立數據庫；d.打開被測汽輪發電機定子任意一相并聯支路的端口，對被測電機進行空載實驗，利用電氣參數數據采集儀采集汽輪發電機空載運行時的定子繞組端口打開相的支路空載電壓信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到定子繞組支路電壓頻譜圖，獲得空載電壓的各次諧波有效值；e.將定子空載電壓的各次諧波有效值與事先存儲的無故障電機相同勵磁電流下的諧波有效值進行比較，計算其基波有效值的變化量&、二次諧波有效值的變化量、三次諧波有效值的變化量、四次諧波有效值的變化量；f.計算支路空載電壓的基波與三次諧波有效值變化量的比值Vi以及二次和四次諧波有效值變化量的比值V1;g.將步驟f的計算結果與步驟C的計算結果相比對，在步驟C所建立的數據庫中找到與步驟f的計算結果相接近的比值，則該比值所對應的線圈匝間短路故障即為被檢測發電機的故障，從而判定出匝間短路線圈的位置。上述發電機轉子繞組動態匝間短路故障的定位方法，在計算出被檢測發電機的基波有效值的變化量、二次諧波有效值的變化量、三次諧波有效值的變化量、四次諧波有效值的變化量之后，應先判斷發電機轉子繞組是否存在動態匝間短路故障，然后再對故障進行定位，判斷發電機轉子繞組是否存在動態匝間短路故障的方法是如果定子支路空載電壓的各次諧波變化量超過預先設置的閾值，且電機并網運行時勵磁電流的變化量超過預先設置的閾值，可判定勵磁繞組存在匝間短路故障。為I 、^的閾值分別設定為5%、20%、10%、20%，勵磁電流變化量的閾值設定為3%。本專利技術無需在發電機定子膛內安裝探測線圈就可實現轉子繞組動態匝間短路故障的定位，具有定位準確度高、適用范圍廣等優點，采用本方法可及時發現轉子繞組動態匝間短路故障，防止短路故障進一步蔓延給發電廠造成重大損失。附圖說明 下面結合附圖對本專利技術作進一步說明。圖1是轉子槽及繞組編號示意圖；圖2是模型機空載試驗接線圖；圖3是空載短路25匝時A相一條支路空載電壓波形。文中各符號清單為Am為氣隙磁密基波幅值的變化量，』2m為氣隙磁密二次諧波幅值的變化量，』3m為氣隙磁密三次諧波幅值的變化量，-S4m為氣隙磁密四次諧波幅值的變化量，k_、km、k_、k_分別為定子繞組基波、二次、三次和四次諧波的繞組因數， ^rl為定子空載電壓基波有效值的變化量、^r2為定子空載電壓二次諧波有效值的變化量、為定子空載電壓三次諧波有效值的變化量、』一為定子空載電壓四次諧波有效值的變化量，為汽輪發電機勵磁磁動勢，為通入同心式勵磁線圈中的直流電流，、分別為轉子N極和S極下第i個勵磁線圈的有效匝數;0flj、.ef2i分別為轉子N極和S極下第i個勵磁線圈的短距比W是各個磁極下實際同心式勵磁線圈數'k為諧波次數，Λ 為氣隙單位面積的磁導，W1為定子本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種發電機轉子繞組動態匝間短路故障的定位方法，其特征是，打開發電機定子任意一相繞組并聯支路端口，使電機空載運行，采集定子端口打開相繞組的一條支路電壓信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到定子支路電壓頻譜圖，然后計算其基波、二次、三次、四次諧波有效值相對于事先存儲的無故障電機在相同勵磁電流下的諧波有效值的變化量,進而得到基波和三次諧波有效值變化量的比值以及二次和四次諧波有效值變化量的比值，最后將這兩個比值與事先通過仿真得到的比值進行比較，找到與該比值相對應的故障，從而確定存在動態匝間短路故障的線圈。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李俊卿，李和明，侯紀勇，
申請(專利權)人：華北電力大學保定，
類型：發明
國別省市：