[发明专利]一种发电机转子绕组动态匝间短路故障的定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够确定发电机转子线圈动态匝间短路故障位置的方法，属于发电机技术领域。

背景技术

转子线圈匝间短路故障是汽轮发电机的频发故障，一般有静态和动态匝间短路两种形式。静态匝间短路不随转子转动状态和运行工况而变化，可在停机时检测出来；动态匝间短路是由于转子运行过程中的离心作用，导致励磁绕组之间压力过大，压破邻近绕组间绝缘而形成的，在发电机停止运行时，励磁绕组之间的压力减小，短路消失，因此停机时很难进行检测。

目前，检测转子线圈动态匝间短路故障的方法主要有励磁电流增幅检测法、基于转子振动与励磁电流正相关性的判断方法、基于定转子振动特性改变的方法、基于定子绕组并联支路间的偶次谐波环流分析方法以及气隙磁场探测线圈等方法。

励磁电流增幅检测法是根据匝间短路故障后励磁电流增大和无功减小的原理来检测转子匝间短路故障。由于励磁电流增幅常常不是佷明显，且受调节时多种因素的影响，因此，一般作为判断转子存在匝间短路的参考判据。

基于转子振动与励磁电流正相关性的判断方法，其基本原理是：转子线圈出现匝间短路后，转子振动出现异常，且转子的轴振值随励磁电流的变化而变化，两者之间存在正相关性。当转子的轴振值与励磁电流之间存在明显的正相关性或随动性时，即可诊断转子绕组存在匝间短路故障。

基于定转子振动特性改变的方法监测转子匝间短路故障所依据的原理是：转子线圈出现匝间短路后，定、转子振动出现异常。根据定子和转子的振动轨迹是否异常来诊断转子绕组是否存在匝间短路故障。

基于定子绕组并联支路间的偶次谐波环流分析方法，其基本原理是：转子线圈出现匝间短路后，气隙磁场中出现偶次谐波，在定子绕组中感应偶次谐波电势，对于定子具有两条并联支路的电机来说，偶次谐波电势会在并联支路间产生环流。通过检测定子绕组并联支路间是否存在偶次谐波环流来诊断转子绕组是否存在匝间短路故障。

气隙磁场探测线圈法是预先在发电机定子膛的通风沟处安装一个探测线圈，当转子旋转时，该探测线圈可以检测到气隙中磁场的变化情况。通过对气隙旋转磁场进行微分，然后分析信号微分后的波形来诊断转子绕组是否存在匝间短路故障以及故障槽的位置。所述方法的缺点是需要将探测线圈装在定子铁心的空气隙表面，对已经投运的电机安装探测线圈难度较大，因此使所述方法的应用范围受到了限制。

除此之外，还有基于励磁电流是否存在谐波、轴电压信号中是否出现与定子齿槽数对应的特征谐波等方法，以及借助于数学方法如神经网络、小波分析建立诊断规则从而诊断转子绕组是否存在匝间短路等方法。

以上涉及的方法中除探测线圈法外，其它方法虽然能够诊断转子匝间短路的程度，但诊断匝间短路线圈的位置比较困难。

总之，尽管国内外对转子绕组匝间短路故障的检测十分重视，但现有的各种方法实现匝间短路线圈的定位还存在一定的困难。发电厂因发生转子绕组匝间短路故障后未能及时发现而造成严重后果的事例屡见不鲜，因此有必要进一步提高此类故障的诊断水平。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种发电机转子绕组动态匝间短路故障的定位方法，以提高此类故障的诊断水平。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种发电机转子绕组动态匝间短路故障的定位方法，所述方法为：打开汽轮发电机定子任意一相绕组并联支路端口，使电机空载运行，采集定子端口打开相绕组的一条支路电压信号，并对该信号进行快速傅立叶变换，得到定子支路电压频谱图，然后计算其基波、二次、三次、四次谐波有效值相对于事先存储的无故障电机在相同励磁电流下的谐波有效值的变化量,进而得到基波和三次谐波有效值变化量的比值以及二次和四次谐波有效值变化量的比值，最后将这两个比值与事先通过仿真得到的比值进行比较，找到与该比值相对应的故障，从而确定存在动态匝间短路故障的线圈。

上述发电机转子绕组动态匝间短路故障的定位方法，所述方法包括以下步骤：

a. 利用有限元方法分别计算汽轮发电机无故障以及转子不同线圈匝间短路时的磁场分布，得到不同线圈短路时的气隙磁密分布；然后对气隙磁密进行快速傅立叶变换，得到其各次谐波幅值，将电机无故障与存在匝间短路时的磁密相比较，计算基波幅值的变化量                                                、二次谐波幅值的变化量、三次谐波幅值的变化量和四次谐波幅值的变化量；