基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法
【专利摘要】一种基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，所述方法将磁场探测线圈安装在发电机的端部畸变磁通路径上。然后利用数据采集仪在线采集磁场探测线圈感应的电压信号，并对该信号进行快速傅立叶变换，得到其频谱图；最后根据该信号各频谱分量的幅值变化情况诊断汽轮发电机转子绕组是否存在匝间短路故障。本发明根据磁场探测线圈感应电压信号中某些特征频率分量的幅值变化诊断汽轮发电机转子绕组匝间短路故障，具有诊断灵敏性高，传感器安装方便等优点，所述方法普遍适用于电力系统中各类汽轮发电机，具有广阔的应用前景。
【专利说明】基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够在线诊断同步电机转子绕组是否存在匝间短路故障的方法，属发电机【技术领域】。
【背景技术】
[0002]转子绕组匝间短路故障是大型汽轮发电机常见的故障类型，较为轻微的转子绕组匝间短路故障通常不会对机组的运行构成威胁，但经验表明，若故障不能及时发现和处理，发电机带病运行可能进一步引起严重故障，如汽轮发电机的转子一点接地、两点接地、大轴磁化等问题。尽管大型汽轮发电机制造技术在不断发展和进步，但转子绕组匝间短路的故障率并没有呈现出明显下降趋势，反而有上升势头，特别是在当前及未来的主力600MW发电机型上，主要原因是:发电机容量越大额定励磁电流越大，600MW汽轮发电机的额定励磁电流为300MW汽轮发电机的近2倍，绕组承受的热负荷增加；转子半径更大，相应的离心力正比例增加。汽轮发电机容量越大，转子绕组匝间短路故障造成的停机成本越高，鉴于大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障对机组安全稳定运行的潜在的威胁破坏能力及故障的多发性，在线监测并预警发电机转子绕组匝间短路故障是十分必要的。
[0003]目前，在线检测转子绕组匝间短路故障的方法主要有探测线圈法、励磁电流法以及基于转子基频振动的检测方法。
[0004]探测线圈法的基本原理是对发电机定子铁芯气隙中的旋转磁场进行微分，然后通过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。所述方法的缺点是只适合诊断分布式绕组的隐极电机而且只在发电机空载状态才能获得较高的监测可靠性，而当发电机带载运行时，探测效果并不明显，检测准确度较差。此外，这种方法需要将探测线圈装在定子铁芯的空气隙表面，由于对已经投运汽轮发电机安装探测线圈相当困难，使所述方法的应用范围受到了限制。
[0005]励磁电流法是根据短路故障前后励磁电流的变化和无功的相对变化来监测转子短路故障，适用于静止励磁电机。所述方法为系统的扰动以及功率调节留有一定的裕度，对严重短路较为有效，而轻微的匝间短路(如I匝短路)通常难以检测。
[0006]基于转子的基频振动的转子绕组匝间短路故障监测方法监测的是转子的振动信号，然而转子振动是机电交叉作用的结果，包括质量不平衡和动偏心等初始状态的影响，如果转子所受初始不平衡外力与转子匝间短路引起的不平衡磁拉力相位相反，那么短路发生后发电机的基频振动可能仍处于正常范围，无法检测出故障。
[0007]总之，尽管国内外对转子绕组匝间短路故障的在线检测十分重视，但现有的各种方法在应用中还是受到一定的制约，实际测试中得到的结果并不十分理想，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】
[0008]本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种简单易行、可靠性高且适用范围广的基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法。
[0009]本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，所述方法将磁场探测线圈安装在发电机的端部畸变磁通路径上。然后利用数据采集仪在线采集磁场探测线圈感应的电压信号，并对该信号进行快速傅立叶变换，得到其频谱图；最后根据该信号各频谱分量的幅值变化情况诊断汽轮发电机转子绕组是否存在匝间短路故障:
故障判据为:.1ya12 -1VjAi2
【权利要求】
1.一种基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述方法将磁场探测线圈安装在发电机的端部畸变磁通路径上，然后利用数据采集仪在线采集磁场探测线圈感应的电压信号，并对该信号进行快速傅立叶变换，得到其频谱图；最后根据该信号各频谱分量的幅值变化情况诊断汽轮发电机转子绕组是否存在匝间短路故障: 故障判据为:
2.根据权利要求1所述的一种基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述时间间隔ΔΤ设置为10s，故障阈值设置为20%，若(:％超过20%，则判定汽轮发电机发生了转子绕组匝间短路故障。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于端部畸变效应的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述磁场探测线圈的安装位置为:对于采用座式轴承的中、小型汽轮发电机，探测线圈缠绕在发电机汽侧的轴承座上；对于采用端盖轴承的大型汽轮发电机，探测线圈缠绕在发电机汽侧上、下端盖结合面钢板上。
【文档编号】G01R31/06GK103713235SQ201410006452
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】武玉才, 李永刚, 李和明 申请人:华北电力大学（保定）