[發明專利]水輪發電機轉子繞組匝間短路故障檢測方法

有效

• 申請號: 201710972285.9
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107783006B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李永剛;王羅
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01R31/52
• 分類號: G01R31/52;G01R31/72
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明公開了一種水輪發電機轉子繞組匝間短路故障檢測方法，包括以下步驟：A、制作凸極同步電機向量圖；B、計算出正常運行情況下水輪發電機電動勢E₀表達式；C、對水輪發電機電動勢E₀表達式進行修正；D、對水輪發電機空載特性曲線進行擬合，計算出勵磁電流和空載電動勢的表達式；E、計算電機正常時理論勵磁電流；F、將步驟E中計算的正常理論勵磁電流I_fc與實際測得的勵磁電流I_f0進行比較，短路判據公式如下，G、根據短路判據a％來判斷水輪發電機轉子繞組是否發生匝間短路故障。本發明能夠改進現有技術的不足，可以不必增加發電機新的監測點，通過發電機原有電氣參量的讀取，實現水輪發電機轉子匝間短路故障的在線檢測。

技術領域

本發明涉及大型電機在線監測與故障檢測技術領域，尤其是一種水輪發電機轉子繞組匝間短路故障檢測方法。

背景技術

從調查結果看，已運行的水輪發電機組中，發生轉子線圈匝間短路故障占故障總數的比重較大，大多數水輪發電機都發生過或存在轉子線圈匝間短路故障。大多數水輪發電機都發生過或存在轉子匝間短路故障。由于該故障對機組正常運行影響不大或故障特征不明顯，所以很多匝間短路故障都沒能被及時的檢測和處理，但機組長期處于匝間短路情況運行下，將會導致轉子線圈一點甚至兩點接地，會造成發電機勵磁電流增大、溫度升高、轉子振動加劇等不良影響。若不能盡快地處理勵磁短路故障，可能發展成為更加嚴重的事故，并對電機及整個電網的安全運行產生巨大威脅。因此進行水輪發電機匝間短路故障早期預報是十分必要的。

目前，對同步發電機轉子匝間短路國內外普遍采用開口變壓器法、氣隙線圈探測方法、勵磁電流法、電動勢比較法等來檢測轉子線圈發生匝間短路故障，第一種方法雖較靈敏，但屬于離線檢測，僅在停機且抽出轉子后方能進行，而且受轉子槽楔的材料等影響，而且旋轉時產生動態的匝間短路無法檢測。氣隙線圈探測法的基本原理是，采集運行中的同步發電機氣隙中的轉子漏磁場，根據磁場波行進行分析，診斷轉子繞組是否存在轉子線圈匝間短路故障，并準確顯示故障槽的位置，氣隙線圈探測只能在發電機空載和三相短路情況進行，在發電機帶負載的條件下，由于電樞反應，探測效果不明顯。前兩種匝間短路故障探測不足之處是都只能在機組從電網解列之后進行，局限性比較大。

勵磁電流法和電動勢比較法是應用于汽輪發電機組上的檢測方法，該傳統方法公式較為簡單，無法在結構更為復雜的水輪發電機組中使用。同時傳統的勵磁電流法計算所利用的參數不足，例如缺少有功功率，這樣該方法不能在發電機并網的復雜環境下計算，加之傳統方法未考慮飽和對計算參數的影響，靈敏度存在不足，通常在勵磁繞組發生較為嚴重時才可識別。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種水輪發電機轉子繞組匝間短路故障檢測方法，能夠解決現有技術的不足，可以不必增加發電機新的監測點，通過發電機原有電氣參量的讀取，實現水輪發電機轉子匝間短路故障的在線檢測。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案如下。

一種水輪發電機轉子繞組匝間短路故障檢測方法，包括以下步驟：

A、通過電機的電壓方程，電磁關系等制作凸極同步電機向量圖；

B、利用水輪發電機監測設備采集的電氣參量數據和電機固有參數，根據水輪發電機的向量關系圖，計算出正常運行情況下水輪發電機電動勢E₀表達式；電機固有參數包括有功功率P、無功功率Q、定子電壓U和定子電流I，同步電抗；

C、對水輪發電機電動勢E₀表達式進行修正；

D、對水輪發電機空載特性曲線進行擬合，計算出勵磁電流和空載電動勢的表達式，即I_f＝f(E₀)；

E、采集被檢測電機的相關參數，利用步驟B中計算的水輪發電機電動勢E₀通過步驟D的表達式計算得電機正常時理論勵磁電流；