一种基于RSO法的同步发电机定子匝间短路检测方法与流程

本发明涉及大型汽轮电机状态检测及故障诊断领域，具体涉及一种基于RSO法的同步发电机定子匝间短路检测方法。

背景技术：

同步发电机是电力系统的重要组成部分，负责主要的电力生产任务。随着我国电力工业的迅猛发展和发电机装机容量的不断提高，人们对发电机安全可靠性的需求越来越高。定子匝间短路故障是一种发生几率较高的发电机故障，轻微的故障对发电机运行不会产生太大的影响，如果故障继续发展，将会使定子绕组温度升高，影响电机输出电压波形，引起其他机械故障，严重时可能破坏电机运行，造成停电事故。因此，对于同步发电机定子的匝间短路故障的检测是十分必要的。

重复脉冲法RSO是一种简单有效地匝间短路检测方法，采用波传播理论，将一个低压脉冲信号注入绕组，通过检测并分析脉冲波的反射波和折射波的响应特性曲线，判断短路故障点的大概位置。

通过对现有文献的检索发现，现有的同步发电机定子故障检测诊断方法，大多应用一些物理定律和数学知识求解电机约束条件方程(典型的方法包括多回路分析法)，但由于电机定子故障时，内部电磁关系复杂，此类方法的分析结果与实际情况会有一定的误差；重复脉冲法RSO操作简单，精确性较高，在工程实践中，大量应用于同步发电机转子的故障检测，但没有有研究将此检测方法应用于定子的匝间短路故障检测。

技术实现要素：

本发明的目的克服现有技术存在的上述不足，提出一种基于RSO法的同步发电机定子匝间短路检测方法。

本发明通过以下技术方案来实现：针对当前定子匝间短路故障检测方法存在的问题，将RSO法应用到其中。该方法设备操作简单，只需要将检测设备接到定子的接线盒上面；试验电压低，操作过程更具有安全性；灵敏度较高，可以较准确判断定子匝间绝缘潜在缺陷和异常点的位置，及时反馈，有效地防止因定子匝间短路故障所引发的电机事故。

具体的操作步骤如下所述(装置的连线图见附图2)：

1、将同步发电机定子三相绕组按相分为3组，对每相绕组单独进行匝间短路的检测，这里以A相为例(A相绕组对应定子接线盒U1，U2接头)。

2、将脉冲发生器(1)的I口和O口分别与定子接线盒的U1，U2接头连接。

3、将数据采集卡(2)的CN1口和CN2口分别与脉冲发生器(1)的1口和2口连接。

4、将数据采集卡(2)和计算机(3)连接好，为保证计算机软件的准确运行，需要插上软件狗。

5、启动脉冲发生器(1)，观察计算机(3)检测图像。

本发明RSO定子匝间短路检测方法的数学模型及其推导过程如下：

1、构建定子一相绕组的分布参数等效电路模型(见附图4)，为简化分析，忽略绕组的不同匝之间的互感和匝间电容，假设绕组每匝的参数相等且均匀分布。

2、将定子绕组进行M等分离散，得到M个有限长单元和2M个节点，每个节点处的电压u和电流i均由前行波和反行波组成，两者相叠加构成了该节点处的电压和电流值，对任一单元列写传输线的电报方程，则有：

3、在RSO实验中，假设始端阻抗匹配、末端开路，对第M个有限元列写方程，将进行差分离散处理，得到：

其中，h＝l/M为空间离散步长，l为定子绕组的长度，u_2m(i_2m)，u'_2m(i'_2m)代表节点的前行波和反行波，u_2m+1(i_2m+1)，u'_2m+1(i'_2m+1)为待求量，m＝1,2,…M。

4、将始端末端的约束条件带入方程得到4M阶的线性状态方程组

上式中F为4M×4M阶常数矩阵：

X＝[u₃,u₅,…u_2M+1,i₂,i₄,…i_2M,u'₃,u'₅,…u'_2M+1,i'₂,i'₄,…i'_2M]^T (5)

5、当定子绕组内不存在匝间短路时，矩阵F满足：

F₁₂＝F₂₁＝0 (7)

6、当定子绕组内存在匝间短路时，假设第k个有限元的前端和第j个有限元的前端连接时，有：

对dx/dt＝(xi+1-xi)/dt，对式(3)应用隐式欧拉法求解得：

x_i+1＝(I-dtF)^-1(xi+dtf) (11)

附图说明

图1是本发明结构图。

图2是本发明检测装置的接线方法。

图3是本发明计算机软件界面。

图4是绕组的分布参数等效电路模型。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1一种基于RSO法的同步发电机定子匝间短路检测方法，该方法需要使用的设备包括脉冲发生器、数据采集卡和计算机。被检测同步发电机定子接线盒的一相引出线与脉冲发生器连接(如D1D4，D2D5，D3D6),脉冲发生器与数据采集卡连接，数据采集卡与计算机连接。

如图2，所述脉冲发生器为美国Sumatron公司匝间短路故障检测系统的脉冲发生器部分，输入电压为220VAC的90％～120％，工作频率为50Hz，输出空载峰值电压为8-12V。所述的数据采集卡采用NI公司的USB5133数据采集卡，最大输入电压范围为-20V～20V，输入采样率为100MS/s。将脉冲发生器的I口和O口分别与定子接线盒的D1，D3接头连接；将数据采集卡的CN1口和CN2口分别与脉冲发生器D的1口和2口连接；将数据采集卡和计算机连接好。