[发明专利]发电电动机转子绕组匝间短路故障的在线监测方法

说明书

一种发电电动机转子绕组匝间短路故障的在线监测方法，利用现有零序电流型横差保护所配置的中性点间电流互感器TA0，从进入TA0的不平衡电流中提取出3/8次和5/8次谐波分量(或者通过带通滤波器得到15‑35Hz的分量)、取其总有效值做为故障监测量Iop；并根据正常工况的实际运行录波数据，设定监测报警值Ialarm。当监测量Iop>监测报警值Ialarm时，发出转子励磁绕组匝间短路故障的报警信号，提示运行人员检查录波信号后决定是否进行停机检修。

技术领域

本发明属于电力系统主设备故障监测技术领域，尤其是针对8对极的抽水蓄能电站发电电动机结构特点及其常见主保护硬件配置而提出的一种转子绕组绕组匝间短路故障的在线监测方法。

背景技术

目前，抽水蓄能电站的发电电动机，由于运行工况较一般发电机更加复杂、启动次数频繁，发生转子励磁绕组匝间故障的概率比一般水轮发电机更高。目前检测电机励磁绕组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。而多年现场运行情况表明，转子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励磁绕组匝间短路的重要原因，这些原因引起的故障通常只有在电机实际工况运行时才有所显现。考虑到抽水蓄能电站的安全可靠运行对电网的重要性，有必要通过对发电电动机进行转子绕组匝间短路故障的在线监测，达到早期发现故障并及时排除的效果，为电机及电网系统的安全运行起到保障作用。

转子励磁绕组匝间短路是发电机中一种比较常见的电气故障，但是一般轻微的励磁绕组匝间短路对发电机运行不会产生明显的不良影响，这与短时间内就会造成严重破坏的定子绕组内部短路故障不同。此外，目前已有的保护原理并不完善，现阶段国标中还没有装设转子匝间短路保护的明确要求。但是实际运行中却发现，若转子故障继续发展，会使励磁电流增加，发电机机端输出无功功率减小，机组振动加剧，短路点处局部过热还可能使转子故障演化为转子接地故障，损坏转子铁心并可能引起发电机大轴磁化，严重时还会烧坏轴颈和轴瓦，给机组安全运行带来巨大威胁。

当抽水蓄能电站的发电电动机为8对极时，每相4分支，已配置了2套原理不同的主保护(如图1所示)。即将每相的1、4分支接在一起，形成中性点o₁；再将每相的2、3分支接在一起，形成中性点o₂；在o₁-o₂之间接一个P级电流互感器(TA0，5P20型，1500/1A)，构成零序电流型横差保护。另外由每相的中性点侧电流互感器TA1～TA3，分别与机端相电流互感器TA4～TA6构成完全纵差保护。发电电动机的定子绕组一旦发生内部短路，三相电流不再对称，同相各分支电流也不再相等，会产生不平衡电流进入中性点间电流互感器TA0，当其基波分量足够大时，零序电流型横差保护快速动作，发电电动机会被切除从而避免产生严重损坏。

研究表明，转子励磁绕组匝间短路故障后定子相绕组内部各分支电流不再相等，会出现1/P次、2/P次……等分数次谐波的不平衡电流(P为发电机极对数)，从理论上讲，这种故障特征也能被也能零序电流型横差保护的电流互感器(TA0)所反映。但考虑到实际运行情况，准确而有效地提取这些故障特征的难度很大，一方面是因为保护用电流互感器的准确工作频率范围为10-70Hz，只能反映某些频率的分数次谐波不平衡电流；另一方面，当短路匝数较少时，分支不平衡电流的各次谐波分量都非常小。