一种发电机转子绕组匝间故障在线监测装置的制作方法

本实用新型涉及电气设备监测领域，具体指的是一种发电机转子绕组匝间故障在线监测装置。

背景技术：

目前在电力行业中，针对大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障，主要的检测方法有以下几种：

(1)直流电阻法，该方法按照现行的dl/t596《电力设备预防性试验规程》规定，在发电机交接和每次大修时，都应对转子绕组的直流电阻进行测量(冷态下)，并与原始数据(出厂数据或交接数据)进行比较，其变化值不应超过2％。理论上，当转子绕组发生匝间短路时，直流电阻值会降低。但由于大型汽轮发电机转子的总匝数较多(一般约160匝以上)，如果其中只有一两匝发生短路，即使测量足够精确，直流电阻减少值也不会超过1％。因此，直流电阻法的缺点是灵敏度较低，只有在短路匝数较多时，直流电阻值才呈现出明显的变化。

(2)空载及短路特性试验法，本方法利用发电机空载和短路特性试验，通过比较所测参数值和特征曲线在正常或故障状态下的不同来判断是否发生转子绕组匝间短路故障。但由于受仪器测量精度限制，一般在转子绕组短路匝数超过总匝数的3％～5％时，才能在空载和短路特性曲线上反应出来，检测方法的灵敏度低。

(3)电压降法，该方法在转子绕组中通入交流电，测量转子绕组两极电压，若两极电压相等，说明绕组不存在匝间短路；若两极电压不相等，说明绕组匝间存在短路故障。对于绕线式和具有辐向通风孔的转子，可以很方便的利用此方法进行测量，而对于其他形式的发电机转子，只有在拆下套箍时才能应用此方法。即检测方法的适用性差，不适合在电力行业内推广应用。

(4)开口变压器法，本方法将转子置于定子膛外，通过滑环将交流电通到转子绕组中，在交流电的作用下，转子槽齿上产生交变磁通，利用开口变压器线圈上所感应电势大小的变化和电源电压夹角的变化来判断转子绕组匝间是否存在短路。本方法不能应用于转动状态下转子匝间短路的诊断，需停机抽出转子后才可以进行，实施困难。

(5)交流阻抗和功率损耗法，本方法利用转子正常状态和存在匝间短路故障时，转子绕组交流阻抗值和功率损耗的变化来实现转子匝间短路故障的诊断。该方法具有简便、实用等优点，也可以在静态和动态下进行测量，但是交流阻抗法的测试结果受外部条件影响因素较多，检测方法有很大的局限性。除了受到转子槽楔的材料及槽楔与槽壁接触的紧密程度的影响之外，还受到转动状态下的定子附加损耗、转子本体剩磁、试验时施加电压的高低、试验电源频率、波形的谐波分量等多种因素的影响，对判定较轻微的匝间短路故障时不能获得准确结论。

(6)励磁电流增幅检测法

该方法不需要增加新的设备，通过对发电机在相同或相近工况(有功功率和无功功率)下励磁电流变化大小的分析，实现对发电机匝间绝缘状况的评估。该方法虽然实施简单，但准确性不足，不能反映发电机转子匝间是否存在短路故障。

(7)定子绕组并联支路环流特性分析法

发电机正常运行时，气隙磁场均匀对称，每相定子绕组的两条并联支路参数也近似相等，各支路在相应的谐波磁场中获得同大小、同相位的感应电势，支路间不存在环流。但当转子绕组匝间存在短路故障时，定子每相并联的两条支路之间存在偶次谐波的环流，其大小随匝间短路严重程度逐渐上升。但实际使用此方法时需加装电流传感器，系统较复杂，且对单y形绕组发电机无法判断。

综上所述，目前电力行业内用于检测发电机转子匝间绝缘状况的检测方法从检测原理和实际应用效果来看，在诊断灵敏度、诊断准确性和诊断试验实施难度上均存在不同程度的缺点和不足，另外，尚无在线对发电机转子绕组匝间绝缘状况进行准确检测的方法和手段。

技术实现要素：

针对上述电力行业内现有的用于发电机转子匝间绝缘状况的检测还尚无在线检测的问题，本实用新型的目的是实现对发电机转子绕组匝间绝缘状况的在线准确检测。

为实现上述技术目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种发电机转子绕组匝间故障在线监测装置，如图1所示，包括转子绕组、滑环、重复脉冲检测装置以及示波器，滑环套在转子绕组的正负极端，重复脉冲检测装置与滑环之间采用电线连接，重复脉冲检测装置的输出端与示波器信号连接；重复脉冲检测装置用于检测转子绕组的故障信息，示波器用于显示故障信息；重复脉冲检测装置包括脉冲信号发生器和波形检测装置，脉冲信号发生器负责发出连续的、周期性的、低电压且前沿陡峭的脉冲信号；波形检测装置由高频数据采集仪、数据处理单元和液晶显示屏组成，数据处理单元用于数据采集仪将采集的波形数据进行滤波和剔除毛刺数据的优化处理，并显示在液晶显示屏上。

利用重复脉冲法检测的主要原理是：当发电机转子绕组发生匝间短路时，转子绕组短路故障点的波阻抗将发生变化，导致检测装置发出的重复脉冲波形信号在故障点处发生反射与折射，从而引起转子两极的特征响应波形出现明显不重合的现象，检测人员观察该现象确认转子绕组发生了短路故障，而且，通过相减波幅值的最大值和所对应的时间轴位置来确定转子匝间短路的故障位置信息。

重复脉冲检测装置发出重复脉冲波形信号是低压且前沿陡峭，在检测时，不区分转子的状态，即转子处于静止或旋转状态时均可以进行诊断，具有试验电压低、灵敏度高和故障定位精确等优点，是一种简单有效且准确的发电机转子匝间短路状况的离线检测方法。

本实用新型的有益效果是：本申请通过重复脉冲法试验实现对发电机转子匝间短路状况的在线检测，即通过对转子正负极两端电压、转子励磁回路灭磁开关分合状态和转子转速等信号的综合判断，实现对发电机转子匝间绝缘状况的在线检测。

进一步优化为，重复脉冲检测装置还包括在线检测回路的切换装置，在线检测回路的切换装置包括在线测量和待机两种状态。

采用上述技术方案，实现了发电机转子绕组兼具在线状态和待机两种状态下的故障检测。

进一步优化为，数据处理单元采用单片机或数据处理芯片中的任意一种。

采用上述技术方案，数据处理单元用于数据采集仪将采集的波形数据进行滤波和剔除毛刺数据的优化处理，并显示在液晶显示屏上，根据整体设备的配制、信号方式以及数据处理的速度和处理精度选择适合的单片机或其他数据处理芯片。

进一步优化为，重复脉冲检测装置发出低电压且前沿陡峭的脉冲信号。

采用上述技术方案，低压信号检测过程中的损耗较小，降低检测装置的整体功耗。

附图说明

图1为本实施例中重复脉冲法检测的连接示意图；

图2为实施例中脉冲信号发生器发出的检测信号波形；

图3为本实施例的重复脉冲法检测方法流程图；

图4为本实施例的重复脉冲法检测装置输出的典型波形对比图。

具体实施方式

一种发电机转子绕组匝间故障在线监测装置，如图1所示，包括转子绕组、滑环、重复脉冲检测装置以及示波器，滑环套在转子绕组的正负极端，重复脉冲检测装置与滑环之间采用电线连接，重复脉冲检测装置的输出端与示波器信号连接；重复脉冲检测装置用于检测转子绕组的故障信息，示波器用于显示故障信息；重复脉冲检测装置包括脉冲信号发生器和波形检测装置，脉冲信号发生器负责发出连续的、周期性的、低电压且前沿陡峭的脉冲信号；波形检测装置由高频数据采集仪、数据处理单元和液晶显示屏组成，数据处理单元用于数据采集仪将采集的波形数据进行滤波和剔除毛刺数据的优化处理，并显示在液晶显示屏上。

利用重复脉冲法检测的主要原理是：当发电机转子绕组发生匝间短路时，转子绕组短路故障点的波阻抗将发生变化，导致检测装置发出的重复脉冲波形信号在故障点处发生反射与折射，从而引起转子两极的特征响应波形出现明显不重合的现象，检测人员观察该现象确认转子绕组发生了短路故障，而且，通过相减波幅值的最大值和所对应的时间轴位置来确定转子匝间短路的故障位置信息。

重复脉冲检测装置发出重复脉冲波形信号是低压且前沿陡峭，在检测时，不区分转子的状态，即转子处于静止或旋转状态时均可以进行诊断，具有试验电压低、灵敏度高和故障定位精确等优点，是一种简单有效且准确的发电机转子匝间短路状况的离线检测方法。

本申请通过重复脉冲法试验实现对发电机转子匝间短路状况的在线检测，即通过对转子正负极两端电压、转子励磁回路灭磁开关分合状态和转子转速等信号的综合判断，实现对发电机转子匝间绝缘状况的在线检测。

以下对本申请中的技术进行进一步说明：

重复脉冲法试验装置由脉冲信号发生器和波形检测装置组成，脉冲信号发生器负责发出连续的、周期性的、低电压且前沿陡峭的脉冲信号，信号波形如图2所示。波形检测装置由高频数据采集仪、数据处理单元和液晶显示屏组成，数据处理单元可以是单片机或者其他数据处理芯片，它负责将采集到的波形数据进行滤波、剔除毛刺数据等优化处理并最终显示在液晶显示屏上。

现场应用时需要将接线端子按照图1所示分别连接至转子励磁回路上，在确认转子回路灭磁开关断开，转子正负极滑环间无电压后，启动装置电源，进行在线检测。脉冲信号发生器分别向转子正负极发射脉冲信号，高速数据采集仪采集到带有转子绕组匝间短路故障信息的反射波形数据，数据经数据处理单元处理后显示在上位机分析软件的液晶显示屏上，并给出分析结果，检测人员通过观察正负极波形信号差异和软件分析结果，得到转子绕组匝间是否存在短路故障及若存在短路故障时的故障位置信息。如图4所示为现场应用时得到的典型波形图，重复脉冲法试验装置输出的典型波形对比图。

如图3所示，重复脉冲法检测主要原理是通过重复脉冲法试验实现对发电机转子匝间短路状况的在线检测；即通过对转子正负极两端电压、转子励磁回路灭磁开关分合状态和转子转速等信号的综合判断，实现对发电机转子匝间绝缘状况的在线检测。

在线检测回路的切换装置主要是根据转子正负极两端电压、转子励磁回路灭磁开关分合状态和转子转速等信号来进行判断。检测装置的工作状态在线测量状态和待机状态2种，各状态相互间的切换条件如表1所示。

具体的，当被测发电机处于热备用、冷备用或停机状态时，转子励磁回路灭磁开关处于分闸状态，转子正负极两端之间电压u＝0，此时离线检测装置启动。离线检测装置根据转子的转速信号，可分别测量发电机转子绕组在静止状态和旋转状态下是否存在匝间短路故障，测量时转子的转速应分别为0r/min，800r/min，1500r/min和3000r/min。

当被测发电机处于大修时转子抽出等其他状态时，本装置自动切换至待机状态，等待切换信号满足时，自动切换至在线检测状态，各状态工作时，对应的状态指示灯亮。

表1发电机转子匝间短路状况在检测切换表

本实用新型公开了一种发电机转子绕组匝间故障在线监测装置，包括转子绕组、滑环、重复脉冲检测装置以及示波器，滑环套在转子绕组的正负极端，重复脉冲检测装置与滑环之间采用电线连接，重复脉冲检测装置的输出端与示波器信号连接；重复脉冲检测装置用于检测转子绕组的故障信息，示波器用于显示故障信息；重复脉冲检测装置包括脉冲信号发生器和波形检测装置，脉冲信号发生器负责发出连续的、周期性的、低电压且前沿陡峭的脉冲信号；波形检测装置由高频数据采集仪、数据处理单元和液晶显示屏组成，数据处理单元用于数据采集仪将采集的波形数据进行滤波和剔除毛刺数据的优化处理，并显示在液晶显示屏上。本申请通过重复脉冲法试验实现对发电机转子匝间短路状况的在线检测，即通过对转子正负极两端电压、转子励磁回路灭磁开关分合状态和转子转速等信号的综合判断，实现对发电机转子匝间绝缘状况的在线检测。

本具体实施例仅仅是对实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的保护范围内都受到专利法的保护。