[发明专利]同步发电机转子匝间故障时定子绕组电流特征的提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及同步发电机转子匝间故障时定子绕组电流特征的提取方法。

背景技术

转子绕组匝间短路故障，简称“转子匝间故障”，是同步发电机较为常见的电气故障。引起转子匝间故障的原因很多，主要与制造水平和安装工艺有关。当转子槽内有异物，或者内部散热不良，都有可能导致转子匝间故障。此外，发电机运行过程中，转子绕组承受离心力造成绕组间的相互挤压及移位变形，也是造成转子匝间短路的重要原因。轻微的转子匝间故障不直接影响发电机的运行，但是有可能导致故障逐渐扩大，造成发电机励磁电流增大、输出无功减小、机组振动加剧。严重时可能烧坏转子护环，导致大轴磁化等。

工程上应用比较成熟的检测转子匝间故障的方法主要包括：开口变压器法、交流阻抗法、直流电阻法、功率损耗法、空载及短路特性试验法，这些方法都不能实现转子匝间故障的在线监测。传统的方法中还有微分线圈动测法，但是需要在定子槽内加装感应线圈，比较麻烦，这种方法应用较少。

这些年转子匝间故障发生的次数所有增加，再次引起了国内电厂用户的重视。随着国内学者对发电机内部故障的深入分析，提出了转子匝间故障的分析方法(专利申请号201010128929.4)、提出了转子匝间故障故障位置及短路匝数判定方法(专利申请号201010554528.5)、提出了故障特征提取方法(专利申请号201010598378.8)。此外，近年来陆续发表的学术论文指出：发生转子匝间故障后，发电机定子绕组各分支电流会出现1/P、2/P、......等不平衡分数次故障特征电流(P为发电机极对数)。利用这个特征，可以十分方便的实现转子匝间故障的在线监测。

相关研究表明，在小匝数的转子匝间故障情况下，定子各分支的不平衡分数次谐波电流都比较小，而在较大匝数的转子匝间故障情况下，不平衡分数次谐波电流当中以频率接近工频的分数次谐波为主，这给从正常的较大的工频电流信号当中提取故障特征带来了困难。有研究文章提出了故障特征的提取方法：先计算1/P、2/P、......等各个分数次谐波的有效值I_1/P、I_2/P、......，再合成总的有效值这种方法计算量太大，不适合直接应用于在线监测装置或保护装置。国内学者还提出了一种故障特征提取方法(专利申请号201010598378.8)，本质上是对电流进行了数字差分滤波，这种方法理论上可以滤除工频基波分量，但是也使得接近工频的分数次谐波信号衰减了，降低了故障特征提取的性能。

发明内容

本发明的目的是：提出一种可以有效地提取同步发电机转子匝间故障时定子绕组电流特征方法，该方法不会对各个分数次谐波电流的信号产生衰减，最大限度的保留了故障特征，可提高转子匝间故障在线监测或保护的性能。

本发明采取的技术方案是：通过发电机机端电流互感器、中性点侧分支电流互感器以及两个中性点之间的零序型单元件横差电流互感器，分别测量得到不完全纵差电流、裂相横差电流和单元件横差电流，先计算各电流总的有效值，再从总有效值当中扣除相应的直流分量、基波分量和三次谐波分量，得到各分数次谐波的总有效值，从而实现故障特征的有效提取。

(1)电流信号测量。保护装置或监测装置测量发电机定子绕组侧各电流互感器CT二次电流，得到发电机机端三相电流i_A、i_B、i_C，得到中性点第一分支组电流i_A1、i_B1、i_C1，得到中性点第二分支组电流i_A2、i_B2、i_C2，得到单元件横差电流i_O。

(2)计算不完全纵差电流。机端电流和中性点侧某一分支组电流，两者可构成不完全纵差电流，按下式计算得到两组不完全纵差电流：