[发明专利]汽轮发电机转子匝间短路故障位置及短路匝数的判定方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统主设备继电保护技术领域，尤其涉及一种基于定子分支电流谐波分析的汽轮发电机转子绕组短路故障位置判断及短路匝数计算的方法。

背景技术

转子绕组匝间短路是大型汽轮发电机常见的一种电气故障，轻微的故障不会对发电机产生严重的影响，但若长期带故障运行，短路处的局部过热会导致故障恶化，引起励磁电流增加、无功出力降低、机组振动加剧等，给发电机组及电力系统带来严重的安全隐患。上世纪90年代我国某火电厂4台300MW发电机中就有3台因励磁绕组匝间短路等原因最终导致大轴磁化，其中两台还烧坏护环。

转子高速旋转中励磁绕组承受离心力造成绕组间的相互挤压及移位变形、励磁绕组的热变形、通风不良造成的局部过热等是造成发电机转子匝间短路的重要原因，这些原因引起的故障在发电机静态时不会发生，因此对故障的在线检测有重要意义。检测发电机转子匝间短路故障的传统方法主要包括：开口变压器法、交流阻抗和功率损耗法、直流阻抗法、空载及短路特性试验法等，这些检测方法都无法在实际运行工况下检测。微分线圈动测法虽可实现在线检测，但需要安装附加装置。

利用发电机运行中的电气量实现对转子绕组匝间短路故障的在线检测不需对电机进行改造，是实现故障检测最直接的方法，实现该方法的前提是对转子绕组匝间短路故障的准确计算。交流电机的多回路分析法以单个线圈为分析单元，能深入到电机绕组内部分析各回路的电流、电压分布情况，而且能够计及气隙磁场的各种谐波，已经成功解决了电机转子绕组匝间短路的计算问题，并已申请了相应的发明专利“基于多回路模型的发电机转子匝间故障分析技术”。

为了提高大型汽轮发电机运行的可靠性，有必要研究利用发电机运行中的电气量对转子匝间短路进行在线检测并确定故障位置及短路匝数的新方法。

发明内容

本发明的目的是为汽轮发电机提供一种在实际运行工况时确定转子绕组匝间短路故障位置及短路匝数的方法。

为了提高大型汽轮发电机运行的安全可靠性，本发明提出了一种不需对发电机进行改造，并且可在实际运行工况时确定转子绕组匝间短路故障位置及短路匝数的新方法。该方法只需从发电机机端采集定子一个分支的电流，通过快速傅里叶分析滤取分支电流的故障特征谐波分量，利用各次特征谐波分量的有效值及相角确定转子绕组故障位置及短路匝数。本发明的特征在于，所述方法是依次按以下步骤进行的：

步骤(1)，计算转子不同槽发生的不同匝数短路故障时定子支路电流的各次谐波的有效值和相角，步骤如下：

步骤(1.1)，向计算机输入的定子和转子所有回路电压方程的矩阵形式可表示为：

其中：

L₁，…，L_Q，…，L_N是各定子支路自感，Q＝1，2，…N，Q是定子支路序号，N是定子支路总数，

L_1d，…，L_gd，…，L_ld是各阻尼回路自感，gd＝1d，2d，…ld，gd是阻尼回路序号，ld是阻尼回路总数，

L_f是励磁绕组回路自感，

L_fkl是励磁绕组故障附加回路自感，

M_Q，1，…，M_Q，N是第Q条定子支路与其它各定子支路之间的互感，

M_Q，1d，…，M_Q，gd，…，M_Q，ld是定子第Q条支路与各阻尼回路gd之间的互感，gd＝1d，2d，…，ld，

M_1，f，…，M_Q，f，…，M_N，f是各定子支路Q与励磁绕组回路f之间的互感，

M_1，fkl，…，M_Q，fkl，…，M_N，fkl是各定子支路Q与励磁绕组故障附加回路fkl之间的互感，

M_gd，1，…，M_gd，Q，…，M_gd，N是第gd个阻尼回路与各定子支路Q之间的互感，

M_gd，1d，…，M_gd，ld是第gd个阻尼回路与其它各阻尼回路之间的互感，

M_1d，f，…，M_gd，f，…，M_ld，f是各阻尼回路gd与励磁绕组回路f之间的互感，