[發明專利]基于高次諧波軸電壓信號的電機轉子匝間短路診斷方法

無效

• 申請號: 200910075689.3
• 申請日: 2009-10-14
• 公開（公告）號: CN101672894A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 李和明;武玉才;李永剛
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;G01R31/06
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司
• 代理人: 李羨民;高錫明

技術領域

本發明涉及一種能夠在線診斷同步電機轉子繞組是否存在匝間短路故障的方法，屬測試技 術領域。

背景技術

轉子繞組匝間短路故障是同步電機的常見故障。針對匝間短路故障的診斷方法多種多樣， 總體上可以分為兩類，即離線診斷方法和在線診斷方法。其中，在線診斷方法能對故障進行實 時檢測，防止其進一步惡化，是今后發展的趨勢。

目前，在線檢測轉子繞組匝間短路故障的方法主要有探測線圈法、勵磁電流法以及基于轉 子基頻振動的檢測方法。

探測線圈法的基本原理是對發電機定子鐵芯氣隙中的旋轉磁場進行微分，然后通過分析信 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。該方法的缺點是只 適合診斷分布式繞組的隱極電機而且只在電機空載狀態才能獲得較高的監測可靠性，而當電機 帶載運行時，探測效果并不明顯，檢測準確度較差。此外，這種方法需要將探測線圈裝在定子 鐵芯的空氣隙表面，由于對已經投運電機安裝探測線圈相當困難，使該方法的應用范圍受到了 限制。

勵磁電流法是根據短路故障前后勵磁電流的變化和無功的相對變化來監測轉子短路故障， 適用于靜止勵磁電機。該方法為系統的擾動以及功率調節留有一定的裕度，對嚴重短路較為有 效，而輕微的匝間短路(如1匝短路)通常難以檢測。

基于電機轉子的基頻振動的轉子繞組匝間短路故障監測方法監測的是轉子的振動信號，然 而轉子振動是機電交叉作用的結果，包括質量不平衡和動偏心等初始狀態的影響，如果轉子所 受初始不平衡外力與轉子匝間短路引起的不平衡磁拉力相位相反，那么短路發生后電機的基頻 振動可能仍處于正常范圍，無法檢測出故障。

上世紀后期，Paul?I.Nippes經過大量的實踐，提出了通過軸電壓診斷旋轉機械故障的方 法，它是以電壓波形異常和幅值的突然增大做為判斷依據，該方法雖然在實際生產中獲得了應 用，并數次成功診斷出發電機故障，但并沒有獲得理論支持，難以對故障類型給出明確指示。

總之，盡管國內外對轉子繞組匝間短路故障的在線檢測十分重視，但現有的各種方法在應 用中還是受到一定的制約，實際測試中得到的結果并不十分理想，發電廠發生轉子繞組匝間 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。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足、提供一種簡單易行、可靠性高且適用范圍廣的基 于高次諧波軸電壓信號的電機轉子匝間短路診斷方法。

本發明所述問題是以下述技術方案實現的：

一種基于高次諧波軸電壓信號的電機轉子匝間短路診斷方法，它將滑動變阻器的兩端分別 接于電機轉子兩端，然后利用數據采集儀在線采集滑動變阻器輸出的軸電壓分壓信號，并對該 信號進行快速傅立葉變換，得到軸電壓頻譜圖，最后根據軸電壓信號中所含故障特征諧波的幅 值變化量來判斷是否存在轉子繞組匝間短路故障：若故障特征諧波的幅值變化量大于故障閾值， 則判定電機轉子存在繞組匝間短路故障，否則沒有匝間短路故障，所述故障特征諧波的頻率為 Mω_r/2π，其中，表達式中M為電機的定子齒槽數，ω_r為電機的機械轉速。

上述基于高次諧波軸電壓信號的電機轉子匝間短路診斷方法，所述故障特征諧波幅值變化 量的故障閾值有兩個：空載狀態下閾值取12％，若Δff0≥12%,]]>則判斷存在轉子繞組匝間短路故 障；負載狀態下閾值取10％，若Δff0≥10%,]]>則判斷存在轉子繞組匝間短路故障，其中Δf表示 特征諧波幅值的變化量，f₀為電機正常狀態下特征諧波的幅值。