基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法
【专利摘要】一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，所述方法首先假定汽轮发电机转子绕组无匝间短路故障，并利用发电机运行状态信息和发电机的基本参数，求得对应的电磁功率（称为虚功率），然后比较虚功率与发电机实际电磁功率的偏差，得到故障判据a%，若a%超出设定阈值，则判定该汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。本发明不需要额外安装传感器，仅根据汽轮发电机现有的运行状态信息即可准确判定其是否存在转子绕组匝间短路故障及故障程度，既可以对发电机的转子绕组进行在线监测，也可离线分析，这对防止故障恶化、减小经济损失和提高电力系统稳定性有着重要意义。
【专利说明】基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够在线诊断汽轮发电机转子绕组是否存在匝间短路故障的方法，属于发电机【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来汽轮发电机转子绕组匝间短路故障频发，尤其是电力系统主力600丽机型，目前已有多起转子绕组匝间短路故障的报道。以某省为例，2007年至2010年已有9台大型汽轮发电机先后出现了转子绕组匝间短路故障，其中有7台是600MW等级以上的大型发电机，两台是400丽等级的发电机。仅在2009年，一年之内就发生了 3起；在2010年，一年之内就发生了 5起。转子绕组匝间短路故障严重影响了发电任务的顺利完成，也造成了巨大的经济损失，同时给区域电网的安全稳定运行带来挑战。因此，对大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障进行监测和预报是十分必要的。
[0003]汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的诊断方法分为离线和在线两类。其中离线检测方法不能及时发现故障，且无法检测出动态转子绕组匝间短路故障，其应用受到了限制。因此，在线的转子绕组匝间短路故障检测方法是未来的发展趋势，高灵敏性、高可靠性的转子绕组匝间短路在线检测方法拥有广阔的应用前景。
[0004]目前在大型汽轮发电机上采用的转子绕组匝间短路故障在线诊断方法主要是线圈探测法、励磁电流法和轴电压法。线圈探测法的原理是:在发电机定子铁心段之间伸入探测线圈检测转子绕组的槽漏磁通，由于发生转子绕组匝间短路的槽绕组有效匝数减少，其漏磁通比转子另一磁极对应槽漏磁通小，通过对比探测线圈切割各槽漏磁通所感应的脉冲电动势幅值即可诊断汽轮发电机是否存在转子绕组匝间短路故障。该方法有如下缺点:①发电机负载时定子绕组的漏磁场对探测线圈信号形成干扰，发电机重载时情况尤为严重，导致故障不明显，故障识别的灵敏性急剧下降；②汽轮发电机转子槽窄而深，当转子绕组匝间短路故障发生在转子槽底层且短路匝数较少时，对槽口漏磁通的影响有限，不足以形成明显的故障特征，因此该方法不适用检测发生在槽底部的轻微转子绕组匝间短路故障。③线圈探测法通常需要专业技术人员通过观察探测线圈波形判断是否存在转子绕组匝间短路故障，从故障发生到故障判定有较长时间的延迟，实际上不能算作实时的故障检测方法。
[0005]励磁电流法的原理是:汽轮发电机出现转子绕组匝间短路故障后气隙磁动势的幅值下降，发电机励磁电流会有所增加，将励磁电流的理论值与实际值进行比较，当两者的偏差超过一定范围时即可断定发电机存在转子绕组匝间短路故障。该方法通常设置励磁电流的相对变化量阈值为2.5%，只有汽轮发电机发生2匝以上的匝间短路故障时才可以有效判定。
[0006]基于轴电压的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断方法目前应用范围较小，尽管现场的故障实例中证明了其有效性，但由于环境积污、碳刷与转轴滑动接触速度较高等因素的影响，可能出现碳刷与转轴接触不可靠问题，需要定期清理和维护。
[0007]总之，尽管目前对汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的在线检测十分重视，但现有的各种诊断方法在应用中都还存在一定不足，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、实用、具有高灵敏性和高可靠性的基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，提高此类故障的诊断水平。
[0009]本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，所述方法首先利用实时运行数据和基本参数求得转子绕组健康状况下发电机的电磁功率(称为虚功率)
P m，然后将虚功率P ,与发电机实际电磁功率Pm比较，得到故障判据
【权利要求】
1.一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，其特征是，所述方法首先利用实时运行数据和基本参数求得转子绕组健康状况下发电机的电磁功率、称为虚功率Pm '，然后将虚功率Pm '与发电机实际电磁功率Pm比较，得到故障判据:
2.根据权利要求1所述的一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，其特征是，所述虚功率Pm1利用下式求得:
3.根据权利要求1或2所述的一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，其特征是，发电机实际的电磁功率Pm利用下式求得:
4.根据权利要求3所述的一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，其特征是，根据故障判据a%的大小判断转子绕组匝间短路故障的程度:a%数值越大，则说明转子绕组匝间短路故障程度越严重。
5.根据权利要求4所述的一种基于虚功率原理的汽轮发电机转子绕组短路故障诊断方法，其特征是，计算发电机实际的电磁功率Pm和虚功率Pm '所需的发电机的相电压U、相电流1、有功功率P、无功功率Q从DCS上获取。
【文档编号】G01R31/06GK103792463SQ201410063791
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2014年2月25日
【发明者】武玉才, 李永刚, 李和明 申请人:华北电力大学（保定）