专利名称：汽轮发电机转子匝间短路故障位置及短路匝数的判定方法
技术领域：
本发明属于电力系统主设备继电保护技术领域，尤其涉及一种基于定子分支电流 谐波分析的汽轮发电机转子绕组短路故障位置判断及短路匝数计算的方法。
背景技术：
转子绕组匝间短路是大型汽轮发电机常见的一种电气故障，轻微的故障不会对发 电机产生严重的影响，但若长期带故障运行，短路处的局部过热会导致故障恶化，引起励磁 电流增加、无功出力降低、机组振动加剧等，给发电机组及电力系统带来严重的安全隐患。 上世纪90年代我国某火电厂4台300丽发电机中就有3台因励磁绕组匝间短路等原因最 终导致大轴磁化，其中两台还烧坏护环。转子高速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发电机转子匝间短路的重要原因，这些原 因引起的故障在发电机静态时不会发生，因此对故障的在线检测有重要意义。检测发电机 转子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。微分线圈动测 法虽可实现在线检测，但需要安装附加装置。利用发电机运行中的电气量实现对转子绕组匝间短路故障的在线检测不需对电 机进行改造，是实现故障检测最直接的方法，实现该方法的前提是对转子绕组匝间短路故 障的准确计算。交流电机的多回路分析法以单个线圈为分析单元，能深入到电机绕组内部 分析各回路的电流、电压分布情况，而且能够计及气隙磁场的各种谐波，已经成功解决了电 机转子绕组匝间短路的计算问题，并已申请了相应的发明专利“基于多回路模型的发电机 转子匝间故障分析技术”。为了提高大型汽轮发电机运行的可靠性，有必要研究利用发电机运行中的电气量 对转子匝间短路进行在线检测并确定故障位置及短路匝数的新方法。
发明内容
本发明的目的是为汽轮发电机提供一种在实际运行工况时确定转子绕组匝间短 路故障位置及短路匝数的方法。为了提高大型汽轮发电机运行的安全可靠性，本发明提出了一种不需对发电机进 行改造，并且可在实际运行工况时确定转子绕组匝间短路故障位置及短路匝数的新方法。 该方法只需从发电机机端采集定子一个分支的电流，通过快速傅里叶分析滤取分支电流的 故障特征谐波分量，利用各次特征谐波分量的有效值及相角确定转子绕组故障位置及短路 匝数。本发明的特征在于，所述方法是依次按以下步骤进行的步骤(1)，计算转子不同槽发生的不同匝数短路故障时定子支路电流的各次谐波 的有效值和相角，步骤如下步骤(1. 1)，向计算机输入的定子和转子所有回路电压方程的矩阵形式可表示
权利要求
1.汽轮发电机转子匝间短路故障位置及短路匝数的判定方法，其特征在于，所述方法 是在计算机中依次按以下步骤进行的步骤(1)，计算转子不同槽发生的不同匝数短路故障时定子支路电流的各次谐波的有 效值和相角，步骤如下步骤(1. 1)，向计算机输入的定子和转子所有回路电压方程的矩阵形式可表示为 =1,2,…N，Q是定子支路序号，N是定子支 =Id, 2d, "Qcbgd是阻尼回路序号，Id是阻Mea,…，Mq,N是第Q条定子支路与其它各定子支路之间的互感， Mead,…，MQ,gd，…，MQ,ld是定子第Q条支路与各阻尼回路gd之间的互感，gd= ld， 2d,…，Id,Mljf,…，Mq,f，…，Mn,f是各定子支路Q与励磁绕组回路f之间的互感，Mljfkl, -,M0jfkl,…，MN,fkl是各定子支路Q与励磁绕组故障附加回路fkl之间的互感，Mgda,…，Mgd,Q，…，Mgd,N是第gd个阻尼回路与各定子支路Q之间的互感，其中L1,…，Lq，…，Ln是各定子支路自感，Q 路总数，Lld，…，Lgd*"，Lld是各阻尼回路自感，gd 尼回路总数，Lf是励磁绕组回路自感，Lfvi是励磁绕组故障附加回路自感，Mgdad,…，Mgd,ld是第gd个阻尼回路与其它各阻尼回路之间的互感，Mldjf, -,Mgdjf,…，Mld,f是各阻尼回路gd与励磁绕组回路f之间的互感，Mld,fkl,…，Mgd,fkl，…，Mld,fkl是各阻尼回路gd与励磁绕组故障附加回路fkl之间的互感，Mfa,…，Mf,Q，…，Mf,N是励磁绕组回路f与各定子支路Q之间的互感，Mfad, -,Mfjgd-, Mfjld是励磁绕组回路f与各阻尼回路gd之间的互感，Mfjfkl是励磁绕组回路f与励磁绕组故障附加回路fkl之间的互感，Mfjfkl = Mfkljf,Mfkla,…，Mfkl,Q，…，Mfkl,N是励磁绕组故障附加回路fkl与各定子支路Q之间的互感，Mfklad,…，Mfkl,gd…，Mfkl,ld是励磁绕组故障附加回路fkl与各阻尼回路gd之间的互感，I1…，iQ，…，iN是各定子支路Q电流，ild···，Igd'…，in是各阻尼回路gd电流，if、ifkl分别是励磁绕组回路f和励磁绕组故障附加回路fkl的电流， iA，iB，、是定子三相负载电流，rT、LT、％、uB, ,uc,分别为折算到发电机一侧的变压器的电阻、电感和电网各相电压， U1, -,Uq,…，Un是各定子支路电压， UA, Ub, Uc是定子各相电压， rQ是定子支路电阻，rld,…，rgd，…，rld是各阻尼回路电阻，Ezf、Rzf分别为励磁系统电源的电动势和内电阻，&为励磁绕组回路电阻，rfk为励磁绕组故障附加回路电阻，将上述矩阵形式的方程简记为[U] =p{[L] · [I]} + [R] · [I] + [B']，其中[U]是以列形式表示的定子支路电压是由仏，…UQ，…，Un，各阻尼回路电压…， Ugd，…，Uld = 0，励磁绕组电压Ezf，励磁绕组故障附加回路电压Ufkl = 0以及定子侧负载电 压UA，UB，UC共同组成的序列，[L]是矩阵形式表示的所有定子支路和转子各回路的自感或互感， [R]是矩阵形式表示的所有定子支路和转子各回路的电阻， [I]是矩阵形式表示的所有定子支路和转子各回路的电流， [B']是电网三相电压的列形式， P是微分算子，由于上式中转子电压方程是回路电压，而定子电压方程是支路电压，为了处理方便，定 转子电压方程都采用回路电压，这样就需要重新处理定子回路，将定子支路电压方程转换 为定子回路电压方程，从而得到以定子回路电流和转子各回路电流为状态变量的同步发电 机状态方程Ρ[Γ ] = [Α] · [Γ ] + [Β]，其中[A] =-[L' J"1 · [R' ] · [Γ ] ;[B] = [L' Γ·[υ' ]-[L' Γ1 · [H] · [B']，[L' ] = [H] · [L] · [Ητ] ； [R' ] = p[L' ] + [H] · [R] · [Ητ]， [Γ ] = [Η1]"1 · [I]，[Γ ]包括定子和转子回路电流，[I]包括定子支路电流、转子 回路电流，[U' ] = [H] · [U], [U']包括定子和转子回路电压，[U]包括定子支路电压、转子回 路电压，[H]为定子支路对回路的变换阵， 步骤(1.2)，计算定子和转子各回路的参数，步骤(1.3)，采用四阶龙格-库塔法数值方法对步骤(1，1)的微分方程组进行求解，即 可求得转子不同槽数m下发生的不同匝数短路故障时定子回路电流的二次和四次谐波环 流的有效值Im和二次和四次谐波环流的相角am，m = 1,2,3,…，用Im, μ2，Im, μ4，
全文摘要
汽轮发电机转子匝间短路故障位置及短路匝数的判定方法，属于电力系统主设备继电保护领域，其特征在于，首先利用基于多回路模型的发电机转子匝间故障分析技术对故障进行计算，择优选择检测对象，利用特征谐波分量的有效值及相角确定转子故障类型及故障位置判据；然后基于计算结果拟合得到不同槽内绕组短路时定子分支故障特征谐波电流与短路匝数的函数关系；应用时只需从发电机机端采集定子一个分支的电流，通过快速傅里叶分析滤取分支电流的故障特征谐波分量的有效值及相角，根据故障类型和故障位置判据可确定故障位置，再通过求解定子分支故障特征谐波电流与短路匝数的函数关系所构成的方程即可确定短路匝数。
文档编号G01R31/06GK102087329SQ201010554528
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者孙宇光, 王祥珩, 郝亮亮 申请人:清华大学