水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置及检测方法。

背景技术：

水轮发电机转子磁极发生匝间短路故障时，传统的检测方法是在转子静态（即静止状态）时测量转子磁极的交流阻抗值，从而判断故障磁极号，但该方法仅适用于水轮发电机转子磁极静态的匝间短路情况，对于转子磁极动态的匝间短路，则无法检测出数据异常。

技术实现要素：

本发明的目的是解决目前的检测方法仅适用于水轮发电机转子磁极静态的匝间短路情况，对于转子磁极动态的匝间短路，则无法检测出数据异常的问题，提供一种可以精确判定故障磁极号的水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置及检测方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置，其组成包括：铁芯支架、隔板、大轴、键相块和键相传感器，所述的铁芯支架上固定有一组螺杆，所述的螺杆上固定有定子铁芯，所述的定子铁芯上从下至上由所述的隔板分为3个区间，在每个区间的所述的定子铁芯的硅钢片通风孔上缠绕有一圈探测绕组，相邻两圈所述的探测绕组之间串联，每圈所述的探测绕组绕过多层所述的定子铁芯的硅钢片。

所述的水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置，每圈所述的探测绕组绕过4-5层所述的定子铁芯的硅钢片。

一种水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置的检测方法，该方法包括如下步骤：

（1）在定子铁芯通风孔安装探测线圈，探测线圈使用单芯绝缘软线，探测线圈分别安装在3个区间串联接线，其包围的定子铁芯硅钢片的层数为4层；探测线圈包围的铁芯层数越多，则感应电势的幅值越大；探测线圈应形成闭合的绕组；探测线圈与转子表面应保持距离；

（2）在机组水车室水导上油盆端盖上安装键相传感器，并在机组大轴的对应位置处粘贴键相块，键相块的安装方位应正对转子的磁极中心；

（3）将探测线圈和键相传感器的信号接至电量波形记录分析仪，机组开机至空转后，从0开始逐步增加转子绕组励磁电流，施加的励磁电流不得大于转子绕组的额定空载励磁电流，并且以10%额定电压为梯度分批次升压，每个电压梯度停留5-10分钟，待波形数据稳定后录波记录。通过电量波形记录分析仪对每个梯度时探测绕组的感应电势进行波形记录分析，根据波形的特征波峰幅值大小对比，判断是否存在某个波峰幅值明显比其他波峰幅值偏小，如果存在幅值明显偏小的波峰，则说明产生该波峰的磁极存在匝间短路现象，从而导致该处电磁力减小。确定幅值偏小的波峰后，即可利用键相信号进行定位，从而精确判定转子哪一个磁极存在匝间短路故障。

有益效果：

1.本发明定子铁芯上从下至上由隔板分为3个区间，在每个区间的硅钢片通风孔上缠绕有一圈探测绕组，相邻两圈所述的探测绕组之间串联，每圈所述的探测绕组绕过4-5层所述的定子铁心的硅钢片，可增大感应电势的幅值，同时也能保证检测结果的准确性。

本发明采用动态探测线圈波形法，在水轮发电机组定子铁芯上创新地安装探测绕组，当转子以额定转速旋转时，在转子绕组上施加适当的励磁电流，每个磁极都会在此探测绕组上产生感应电动势，该感应电动势的幅值与对应的磁极有效匝数成正比，通过分析感应电动势波形幅值大小及畸变情况，根据键相信号定位，从而精确判定故障磁极号。

本发明的检测方法可以提高故障查找的快速性和准确性，能够在最短的时间内锁定故障磁极，从而制定检修方案快速的处理故障，最大限度减少电量损失。

本发明键相块应正对转子的某个磁极，可以方便在波形分析时进行故障磁极定位。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是动态探测线圈波形法原理图；

附图3是探测线圈波形法波形图；

图中：1、螺杆；2、硅钢片；3、探测绕组；4、定子铁芯；5、铁芯支架；6、隔板；7、连接导线；8、转子；9、大轴；10、键相块；11、键相传感器。

具体实施方式：

实施例1：

一种水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置，其组成包括：铁芯支架5、隔板6、大轴9、键相块10和键相传感器11，所述的铁芯支架上固定有一组螺杆1，所述的螺杆上固定有定子铁芯4，所述的定子铁芯上从下至上由所述的隔板分为3个区间，在每个区间的所述的定子铁芯的硅钢片通风孔上缠绕有一圈探测绕组3，相邻两圈所述的探测绕组之间串联，每圈所述的探测绕组绕过多层所述的定子铁芯的硅钢片2。

实施例2：

根据实施例1所述的水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置，每圈所述的探测绕组绕过4-5层所述的定子铁芯的硅钢片。

实施例3：

一种水轮发电机转子绕组动态匝间短路检测装置的检测方法，该方法包括如下步骤：

1）在定子铁芯通风孔安装探测线圈，探测线圈使用单芯绝缘软线，探测线圈分别安装在3个区间串联接线，其包围的定子铁芯硅钢片的层数为4层；探测线圈包围的铁芯层数越多，则感应电势的幅值越大；探测线圈应形成闭合的绕组；探测线圈与转子表面应保持距离；

（2）在机组水车室水导上油盆端盖上安装键相传感器，并在机组大轴的对应位置处粘贴键相块，键相块的安装方位应正对转子的磁极中心；

（3）将探测线圈和键相传感器的信号接至电量波形记录分析仪，机组开机至空转后，从0开始逐步增加转子绕组励磁电流，施加的励磁电流不得大于转子绕组的额定空载励磁电流，并且以10%额定电压为梯度分批次升压，每个电压梯度停留5-10分钟，待波形数据稳定后录波记录。通过电量波形记录分析仪对每个梯度时探测绕组的感应电势进行波形记录分析，根据波形的特征波峰幅值大小对比，判断是否存在某个波峰幅值明显比其他波峰幅值偏小，如果存在幅值明显偏小的波峰，则说明产生该波峰的磁极存在匝间短路现象，从而导致该处电磁力减小。确定幅值偏小的波峰后，即可利用键相信号进行定位，从而精确判定转子哪一个磁极存在匝间短路故障。

动态探测线圈波形法测试结果波形图见图3，分析波形可见，每一个周波（10个磁极交替产生10个波峰）时段内都有1个波峰幅值较其它的9个波峰幅值明显偏小，其幅值相差14%左右。结合探测线圈、键相块和键相传感器的位置关系，利用键相信号定位，确认导致感应电势幅值偏小的正是6号磁极。

确认6号磁极故障后，立即制订抢修方案，在不吊出转子的前提下，在机坑内完成6号磁极拆除和新磁极挂装等一系统抢修工作，然后开机至额定转速进行零起升压试验，加压至100%额定电压，机组振动摆度值均满足规范要求。

水轮发电机组在运行期间，有可能会出现转子磁极匝间短路故障，当发电机励磁电流或振动幅值明显增大且原因不明时，应进行转子绕组匝间短路故障的诊断。转子绕组静态的匝间短路比较容易检测，通过静态的交流阻抗测试，利用转子磁极的对称性即可确定哪个磁极存在匝间短路，而转子磁极动态的匝间短路是不稳定的，它随着转子的转速而变化的，当停机进行静态电气试验时，各项试验结果又都正常，给故障查找带来较大困难，甚至会使故障查找工作陷入僵局。采用动态交流阻抗测试法和动态探测线圈波形法，可以提高故障查找的快速性和准确性，能够在最短的时间内锁定故障磁极，从而制定检修方案快速的处理故障，最大限度减少电量损失。