[发明专利]一种改进的汽轮发电机励磁绕组短路故障在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其是一种改进的汽轮发电机励磁绕组短路故障在线检测方法。

背景技术

近些年来，汽轮发电机组的励磁绕组短路呈现出了多发态势，已经成为励磁绕组一点或两点接地故障的重要诱因，国内已有多起因励磁绕组短路引起的转子接地故障被报道。

励磁绕组短路的发生、发展和恶化要经历一个逐渐演化的过程，这个过程所需的时间通常较长，但当发电机运行工况较差时，如三相不对称运行或出现不对称故障，负序旋转磁场在励磁绕组感应倍频电动势，倍频电流将在短路点引起过热，加剧匝间短路的恶化速度，可瞬间出现线棒变形或烧熔、烧坏护环、烧伤轴颈和轴瓦、转子本体烧损等现象，导致转子一点或两点接地故障，并引发大轴磁化等严重问题。因此，采用具有较高灵敏度的励磁绕组短路在线检测方法十分必要。在励磁绕组短路的发生和发展阶段发现故障，就可以及时采取措施，避免转子接地故障发生。

目前大型汽轮发电机励磁绕组短路故障在线诊断方法主要是线圈探测法、励磁电流法、轴电压法和构建函数法。线圈探测法在发电机空载或短路工况时具有较高的灵敏度，负载时则受电枢反应磁场和定子漏磁场影响严重，灵敏度急剧下降；励磁电流也存在灵敏度不足的问题，通常在励磁绕组发生较为严重的短路时才可以有效识别。轴电压法则依赖于碳刷与大轴的可靠接触，实践证明，受油污及较高的相对运动速度等因素的影响，碳刷与大轴的接触并不可靠，信号获取存在一定的困难。

发明人在2014年7月16日公开的发明专利申请中，详细公开了构建函数法的检测过程。但是，经过发明人的深入研究和试验，发现构建函数法存在下述缺点：(1)现代电力系统的容量较大，系统频率基本稳定在50Hz，其上下偏差范围通常小于0.1Hz，此时，将空载电动势归算至50Hz对计算精度的影响不大，反倒增加了算法的复杂性；(2)构建函数法以QFSN-300-2-20B型汽轮发电机运行数据作为算例，当无匝间短路时计算空载电动势归算值E_0(50Hz)和实际空载电动势归算值E_0(50Hz)的数值极为接近，两者的最大偏差不超过0.2％。然而，作为一种匝间短路故障诊断方法，构建函数法应适用于各种型号和容量的发电机，从QFSN-300-2-20B型汽轮发电机运行数据来看，发电机的有功、无功是按比例同时增减的，因此计算空载电动势归算值E_0(50Hz)与励磁电流之间的线性度较好，采用一次函数拟合即可获得较高的精度。然而，从的其他型号和容量的发电机运行数据看，当发电机的有功、无功独立调整时，空载电动势与励磁电流之间并不完全符合一次函数关系，函数关系受发电机有功功率的影响十分明显。采用一次函数拟合空载电动势与励磁电流函数关系时，部分发电机的误差最大值可达6％，远超出了匝间短路的判断阈值，必然导致经常性的误报。因此，有必要改进构建函数法的弊端，进一步提高其诊断精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的汽轮发电机励磁绕组短路故障在线检测方法，能够解决现有技术的不足，改善了空载电动势理论值计算精度，可以大幅提高励磁绕组短路故障在线检测的灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种改进的汽轮发电机励磁绕组短路故障在线检测方法，它基于发电机有功功率对空载电动势函数有显著影响这一现象，提出将发电机历史运行数据按有功功率相同的原则分组，并求取空载电动势E₀值，每组分别用一次函数拟合空载电动势E₀关于励磁电流I_f的函数E₀＝f(I_f)，将各组一次函数的斜率k和截距b分别与有功功率P构成数组(P，k)和(P，b)，并对其进行二次拟合，得到斜率k和截距b关于发电机有功功率P的函数k＝k(P)和b＝b(P)，最后形成空载电动势E₀关于励磁电流I_f、有功功率P的二元函数E₀＝f(I_f，P)；进行故障诊断时利用实时采集的发电机运行数据计算空载电动势实际值E₀′，然后将之与按函数E₀＝f(I_f，P)算得的空载电动势理论值E₀对比，故障判据：当a％超过设定阈值即可判定汽轮发电机存在励磁绕组短路故障。具体步骤如下：

A、获取发电机正常运行时的历史数据；

B、将发电机历史运行数据按有功功率相等原则分成若干组；