[發明專利]基于端部畸變效應的汽輪發電機轉子匝間短路故障診斷方法

有效

• 申請號: 201410006452.0
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103713235A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 武玉才;李永剛;李和明
• 申請（專利權）人: 華北電力大學(保定)
• 主分類號: G01R31/06
• 分類號: G01R31/06
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司 13108
• 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，屬發電機技術領域。?

背景技術

轉子繞組匝間短路故障是大型汽輪發電機常見的故障類型，較為輕微的轉子繞組匝間短路故障通常不會對機組的運行構成威脅，但經驗表明，若故障不能及時發現和處理，發電機帶病運行可能進一步引起嚴重故障，如汽輪發電機的轉子一點接地、兩點接地、大軸磁化等問題。盡管大型汽輪發電機制造技術在不斷發展和進步，但轉子繞組匝間短路的故障率并沒有呈現出明顯下降趨勢，反而有上升勢頭，特別是在當前及未來的主力600MW發電機型上，主要原因是：發電機容量越大額定勵磁電流越大，600MW汽輪發電機的額定勵磁電流為300MW汽輪發電機的近2倍，繞組承受的熱負荷增加；轉子半徑更大，相應的離心力正比例增加。?汽輪發電機容量越大，轉子繞組匝間短路故障造成的停機成本越高，鑒于大型汽輪發電機轉子繞組匝間短路故障對機組安全穩定運行的潛在的威脅破壞能力及故障的多發性，在線監測并預警發電機轉子繞組匝間短路故障是十分必要的。?

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。所述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發電機空載狀態才能獲得較高的監測可靠性，而當發電機帶載運行時，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，由于對已經投運汽輪發電機安裝探測線圈相當困難，使所述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。所述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，那么短路發生后發電機的基頻振動可能仍處于正常范圍，無法檢測出故障。?

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

本發明的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種簡單易行、可靠性高且適用范圍廣的基于端部畸變效應的汽輪發電機轉子匝間短路故障診斷方法。?

本發明所述問題是以下述技術方案實現的：?

一種基于端部畸變效應的汽輪發電機轉子匝間短路故障診斷方法，所述方法將磁場探測線圈安裝在發電機的端部畸變磁通路徑上。然后利用數據采集儀在線采集磁場探測線圈感應的電壓信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到其頻譜圖；最后根據該信號各頻譜分量的幅值變化情況診斷汽輪發電機轉子繞組是否存在匝間短路故障：

故障判據為：

?

其中：（i=?k/P，k=1、2、3…且k/P≠1、3、5…，P發電機極對數）表示信號的i倍工頻分量的幅值，表示兩次采樣計算的時間間隔；

對于選定的時間間隔，若c%超過設定的閾值，則判定汽輪發電機發生了轉子繞組匝間短路故障。

上述基于端部畸變效應的汽輪發電機轉子匝間短路故障診斷方法，所述時間間隔設置為10s，故障閾值設置為20%，若c%超過20%，則判定汽輪發電機發生了轉子繞組匝間短路故障。?

上述基于端部畸變效應的汽輪發電機轉子匝間短路故障診斷方法，所述磁場探測線圈的安裝位置為：對于采用座式軸承的中、小型汽輪發電機，探測線圈纏繞在發電機汽側的軸承座上，對于采用端蓋軸承的大型汽輪發電機，探測線圈纏繞在發電機汽側上、下端蓋結合面鋼板上。?

本發明根據磁場探測線圈感應電壓信號中某些特征頻率分量的幅值變化診斷汽輪發電機轉子繞組匝間短路故障，具有診斷靈敏性高，傳感器安裝方便等優點，所述方法普遍適用于電力系統中的各類汽輪發電機，具有廣闊的應用前景。?

附圖說明

下面結合附圖對本發明作進一步說明。?