[發明專利]水輪發電機轉子繞組匝間短路的故障特征提取方法

有效

• 申請號: 201010598378.8
• 申請日: 2010-12-10
• 公開（公告）號: CN102044862A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 郝亮亮;孫宇光;王祥珩
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02H7/06
• 分類號: H02H7/06;G01R31/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電力系統主設備繼電保護技術領域，尤其涉及一種水輪發電機轉子繞組匝間短路的故障特征提取方法。

背景技術

轉子繞組匝間短路是發電機的一種較常見的電氣故障，輕微的短路不會對發電機運行產生嚴重影響，但如果故障繼續發展，會造成勵磁電流增大、輸出無功減小、轉子振動加劇等不良影響。短路點處局部過熱還可能使故障演化為轉子接地故障，損壞轉子鐵心并有可能引起轉子大軸磁化，給機組的安全運行帶來巨大威脅。上世紀90年代我國某火電廠4臺300MW發電機中就有3臺因轉子匝間短路等原因最終導致大軸磁化，其中兩臺還燒壞護環。2005年鳳灘水電站6號發電機的轉子匝間短路故障還引起了主保護的動作。

轉子旋轉中勵磁繞組承受離心力造成繞組間的相互擠壓及移位變形、勵磁繞組的熱變形、通風不良造成的局部過熱等是造成發電機轉子繞組匝間短路的重要原因，這些原因引起的故障在通常只有在發電機實際工況運行時才有所顯現。因此，實現對轉子繞組匝間短路故障的在線監測與保護顯得尤為必要。目前檢測發電機轉子匝間短路故障的傳統方法主要包括：開口變壓器法、交流阻抗和功率損耗法、直流阻抗法、空載及短路特性試驗法等，這些檢測方法都無法在實際運行工況下檢測。微分線圈動測法雖可實現在線檢測，但需要安裝附加裝置，影響了其應用范圍。

利用發電機運行中的電氣量實現對轉子繞組匝間短路故障的實時在線監測與保護不需附加裝置，也不需對發電機進行改造。研究表明，故障后定子各分支電流不再相等，會出現1/P、2/P......等不平衡分數次故障特征電流(P為發電機極對數)。但在短路匝數較少時，該電流的各次諧波分量均非常小，而在較大匝數短路時以頻率接近基波的分數次諧波電流為主，這為故障特征的提取帶來了極大的困難。為了提高大型水輪發電機運行的安全可靠性，有必要研究對轉子匝間短路的故障特征的有效提取方法。

發明內容

本發明的目的是為水輪發電機提供一種轉子繞組匝間短路的故障特征有效提取方法。

為了提高大型水輪發電機運行的安全可靠性，本發明提出了一種轉子繞組匝間短路故障特征的有效提取方法。只需從發電機機端采集進入不完全縱差保護、裂相橫差保護或零序電流型橫差保護的電流，按照一定方法濾取得到該電流的各分數次諧波電流的穩態有效值，實現故障特征的有效提取。本發明的特征在于，所述方法是在計算機中依次按以下步驟進行的：

步驟(1)，在發電機機端對進入不完全縱差保護裝置、或裂相橫差保護裝置、或零序電流型橫差保護的電流進行采樣，并將采樣數據送入計算機；

步驟(2)，將步驟(1)采集到的電流分為兩路，一路電流i_s是將采集的電流直接送到加法器，另一路電流i′_s是將采集的電流經過一個1/(2f₀)秒的延時電路后再送入到加法器，f₀＝50Hz；

步驟(3)，所述加法器將兩路電流i_s、i′_s疊加得到含有各分數次諧波的電流i_d，并按下式求出該電流i_d的穩態有效值I_d，將I_d作為所述水輪發電機轉子繞組匝間短路的全部短路故障特征量輸出：

Id=1T∫0Tid2·dt,]]>

其中：T為電流i_d的周期，t為時間，T＝P/f₀，P為極對數。

電流i_d的穩態有效值I_d包含了發電機轉子繞組匝間短路的全部故障特征量，利用I_d可實現故障特征的有效且最大程度提取，本發明的原理框圖如圖1所示。