[發(fā)明專利]一種確定電機(jī)勵磁繞組匝間短路故障位置的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510011621.4
• 申請日: 2015-01-09
• 公開（公告）號: CN104569733B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李俊卿;史瑋明
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號: G01R31/06
• 分類號: G01R31/06;G01R31/34;G06F19/00
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司13108
• 代理人: 李羨民,高錫明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種能夠確定同步電機(jī)勵磁線圈匝間短路故障位置的方法，屬于電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

同步電機(jī)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)、工業(yè)化生產(chǎn)等領(lǐng)域，勵磁線圈匝間短路故障是同步電機(jī)的頻發(fā)故障，該故障有靜態(tài)匝間短路和動態(tài)匝間短路兩種情況。

靜態(tài)匝間短路不隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動狀態(tài)和運(yùn)行工況而變化，可在停機(jī)時(shí)檢測出來。大型同步電機(jī)靜態(tài)匝間短路故障的檢測與定位已有較成熟的方法，一般通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)，如基于轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)、轉(zhuǎn)子繞組極平衡試驗(yàn)、RSO重復(fù)脈沖試驗(yàn)等來確定匝間短路的程度及位置。

基于轉(zhuǎn)子繞組的交流阻抗和功率損耗試驗(yàn)的基本原理是：在轉(zhuǎn)子繞組兩端施加交流電壓，當(dāng)勵磁繞組存在匝間短路時(shí)，與電機(jī)正常時(shí)相比，轉(zhuǎn)子的交流阻抗下降，而功率損耗增加，依此來判斷勵磁繞組是否存在匝間短路以及匝間短路的嚴(yán)重程度。

轉(zhuǎn)子繞組極平衡試驗(yàn)的基本原理是：分別測量每個(gè)磁極下繞組兩端的電壓，當(dāng)不同磁極下的電壓差超過標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，可初步判斷存在匝間短路線圈所在的磁極。

RSO重復(fù)脈沖試驗(yàn)的基本原理是：在轉(zhuǎn)子兩極注入脈沖，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組完全對稱，不存在匝間短路時(shí)，由轉(zhuǎn)子兩極注入的脈沖是基本重疊的，其合成的特性曲線應(yīng)為一條幾乎完全重合的曲線；當(dāng)勵磁繞組存在匝間短路時(shí)，由轉(zhuǎn)子兩極注入的脈沖信號就會存在偏差，偏差越大，匝間短路程度越嚴(yán)重。

通過上述方法確定勵磁繞組存在匝間短路后，可采用直流電壓法測量各個(gè)線圈的電壓，再通過比較和計(jì)算即可確定匝間短路的位置。但采用直流電壓法測量線圈電壓只適合于具有輻向通風(fēng)孔的轉(zhuǎn)子，而對于其它型式的轉(zhuǎn)子，需要拆下套箍才能進(jìn)行此試驗(yàn)。

動態(tài)匝間短路是由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)過程中繞組間的相互擠壓及移位變形、勵磁繞組的熱變形、通風(fēng)不良引起的局部過熱以及金屬異物等引起的。動態(tài)匝間短路只有在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程中才表現(xiàn)出來，當(dāng)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)很難利用上述常規(guī)實(shí)驗(yàn)檢測出來。目前，檢測動態(tài)匝間短路常用的方法是氣隙線圈探測法。

氣隙線圈探測法是預(yù)先在發(fā)電機(jī)定子膛的通風(fēng)溝處安裝一個(gè)探測線圈，并使其盡量靠近轉(zhuǎn)子鐵芯，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，該探測線圈可以檢測到氣隙中磁場的變化情況，對氣隙旋轉(zhuǎn)磁場進(jìn)行微分，然后通過分析微分波形就可以診斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障以及故障槽的位置。該方法適合在電機(jī)空載及機(jī)端三相對稱短路時(shí)監(jiān)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是否存在匝間短路以及判斷短路的嚴(yán)重程度及位置。但是目前絕大多數(shù)電機(jī)出廠時(shí)未裝設(shè)探測線圈，在已經(jīng)投運(yùn)的電機(jī)上加裝該線圈十分困難，也較難被用戶所接受，使該方法的應(yīng)用范圍受到了限制。

總之，盡管國內(nèi)外對同步電機(jī)勵磁繞組匝間短路故障的檢測十分重視，但利用現(xiàn)有的各種方法實(shí)現(xiàn)匝間短路線圈的定位，尤其是動態(tài)匝間短路的定位還存在一定的困難。因此有必要進(jìn)一步進(jìn)行研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種確定電機(jī)勵磁繞組匝間短路故障位置的方法，以及時(shí)排除安全隱患，防止短路故障進(jìn)一步蔓延。

本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種確定電機(jī)勵磁繞組匝間短路故障位置的方法，所述方法在同步電機(jī)運(yùn)行過程中采集定子繞組一條支路的電流信號，并對該信號進(jìn)行快速傅立葉變換，得到其各次諧波幅值，然后從中找到作為故障特征諧波的由勵磁繞組匝間短路引起的定子支路諧波電流，并計(jì)算不同次數(shù)的故障特征諧波電流幅值之比，最后將該比值與事先通過仿真得到的比值進(jìn)行比較，找到與該比值相對應(yīng)的故障，從而確定存在匝間短路故障的線圈。

上述確定電機(jī)勵磁繞組匝間短路故障位置的方法，它按以下步驟進(jìn)行：

a.針對電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，確定由勵磁繞組匝間短路在定子支路電流中引起的諧波次數(shù)，從中選擇部分諧波電流作為故障特征諧波電流；

b.計(jì)算不同故障特征諧波幅值的比值，并將各個(gè)線圈分別匝間短路時(shí)的比值建立數(shù)據(jù)庫，ν₁次故障特征諧波與ν₂次故障特征諧波幅值的比值的計(jì)算公式為:

其中，β_j為第j個(gè)勵磁線圈的短距比，k_dp1為定子繞組基波的繞組因數(shù)，k_dpν1為定子繞組ν₁次諧波的繞組因數(shù)，k_dpν2為定子繞組ν₂次諧波的繞組因數(shù)，x_a、x_σ分別為每相電樞反應(yīng)電抗和漏抗，k_ν1、k_ν2分別為計(jì)算ν₁、ν₂次諧波電勢的系數(shù)；