[发明专利]基于构建函数的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够在线诊断汽轮发电机转子绕组是否存在匝间短路故障的方法，属于发电机技术领域。 

背景技术

近年来汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障频发，尤其是电力系统常见的主力600MW机型，目前已有多起转子绕组匝间短路故障的报道。以某省为例，2007年至2010年已有9台大型汽轮发电机先后出现了转子绕组匝间短路故障，其中有7台是600MW等级以上的大型发电机，两台是400MW等级的发电机。在2009年，一年之内就发生了3起；在2010年，一年之内就发生了5起。转子绕组匝间短路故障严重影响了发电任务的顺利完成，也造成了巨大的经济损失，同时给区域电网的安全稳定运行带来挑战。因此，对大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障进行监测和预报是十分必要的。 

汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的诊断方法分为离线和在线两类。其中离线检测方法通常无法及时发现故障，且无法检测出动态转子绕组匝间短路故障，其应用受到了限制。因此，在线的转子绕组匝间短路故障检测方法是未来的发展趋势，高灵敏性、高可靠性的转子绕组匝间短路在线检测方法拥有广阔的应用前景。 

目前在大型汽轮发电机上采用的转子绕组匝间短路故障在线诊断方法主要是线圈探测法、励磁电流法和轴电压法。线圈探测法的原理是：在发电机定子铁心段之间伸入探测线圈检测转子绕组的槽漏磁通，由于发生转子绕组匝间短路的槽绕组有效匝数减少，其漏磁通比转子另一磁极对应槽漏磁通小，通过对比探测线圈切割各槽漏磁通所感应的脉冲电动势幅值即可诊断汽轮发电机是否存在转子绕组匝间短路故障。但是，该方法有如下缺点：①发电机负载时定子绕组的漏磁场对探测线圈信号形成干扰，发电机重载时情况尤为严重，导致故障不明显，故障识别的灵敏性急剧下降；②汽轮发电机转子槽窄而深，当转子绕组匝间短路故障发生在转子槽底层且短路匝数较少时，对槽口漏磁通的影响有限，不足以形成明显的故障特征，因此该方法不适用检测发生在槽底部的轻微转子绕组匝间短路故障。③线圈探测法通常需要专业技术人员通过观察探测线圈波形判断是否存在转子绕组匝间短路故障，从故障发生到故障判定有较长时间的延迟，实际上不能算作实时的故障检测方法。 

励磁电流法的原理是：汽轮发电机出现转子绕组匝间短路故障后气隙磁动势的幅值下降，发电机励磁电流会有所增加，将励磁电流的理论值与实际值进行比较，当两者的偏差超过一定范围时即可断定发电机存在转子绕组匝间短路故障。该方法通常设置励磁电流的相对变化量阈值为2.5%，只有汽轮发电机发生2匝以上的匝间短路故障时才可以有效判定。 

基于轴电压的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断方法目前应用范围较小，尽管现场的故障实例中证明了其有效性，但由于环境积污、碳刷与转轴滑动接触速度较高等因素的影响，可能出现碳刷与转轴接触不可靠问题，需要定期清理和维护。 

总之，尽管目前对汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的在线检测十分重视，但现有的各种诊断方法在应用中都还存在一些不足，发电厂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，提供一种基于构建函数的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，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： 

一种基于构建函数的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，它利用发电机正常运行时的多组历史数据求得对应的空载电动势 ，并将其归算至50Hz的，采用曲线拟合的方法构建空载电动势归算值关于励磁电流的函数；进行故障诊断时利用实时采集的发电机运行数据计算发电机实际空载电动势，并将其归算到50Hz得到，然后将之与按照函数算得的空载电动势归算值对比，故障判据：，最后将故障判据a%与设定阈值进行比较判定该汽轮发电机是否存在转子绕组匝间短路故障。

上述基于构建函数的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，所述方法包括以下步骤： 

①构建空载电动势归算值关于励磁电流的函数：

a.从DCS(分散控制系统)获取多组发电机正常运行时的历史数据，包括线电压U、线电流I、有功功率P、无功功率Q、电网频率f和励磁电流I_f；

b.对于每组状态变量，根据表达式求得空载电动势，并将其归算到50Hz，，组成数组，其中：表示功率因数角，，x_s表示发电机同步电抗，r_a表示定子绕组电阻；