一种确定电机励磁绕组匝间短路故障位置的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种能够确定同步电机励磁线圈应间短路故障位置的方法，属于电机
技术领域。
【背景技术】
[0002] 同步电机广泛应用于电力系统、工业化生产等领域，励磁线圈应间短路故障是同 步电机的频发故障，该故障有静态应间短路和动态应间短路两种情况。
[0003] 静态应间短路不随转子转动状态和运行工况而变化，可在停机时检测出来。大型 同步电机静态应间短路故障的检测与定位已有较成熟的方法，一般通过常规实验，如基于 转子绕组的交流阻抗和功率损耗试验、转子绕组极平衡试验、RSO重复脉冲试验等来确定应 间短路的程度及位置。
[0004] 基于转子绕组的交流阻抗和功率损耗试验的基本原理是：在转子绕组两端施加交 流电压，当励磁绕组存在应间短路时，与电机正常时相比，转子的交流阻抗下降，而功率损 耗增加，依此来判断励磁绕组是否存在应间短路W及应间短路的严重程度。
[0005] 转子绕组极平衡试验的基本原理是：分别测量每个磁极下绕组两端的电压，当不 同磁极下的电压差超过标准要求时，可初步判断存在应间短路线圈所在的磁极。
[0006] RSO重复脉冲试验的基本原理是；在转子两极注入脉冲，当转子绕组完全对称，不 存在应间短路时，由转子两极注入的脉冲是基本重叠的，其合成的特性曲线应为一条几乎 完全重合的曲线；当励磁绕组存在应间短路时，由转子两极注入的脉冲信号就会存在偏差， 偏差越大，应间短路程度越严重。
[0007] 通过上述方法确定励磁绕组存在应间短路后，可采用直流电压法测量各个线圈的 电压，再通过比较和计算即可确定应间短路的位置。但采用直流电压法测量线圈电压只适 合于具有福向通风孔的转子，而对于其它型式的转子，需要拆下套输才能进行此试验。
[000引动态应间短路是由于转子高速旋转过程中绕组间的相互挤压及移位变形、励磁绕 组的热变形、通风不良引起的局部过热W及金属异物等引起的。动态应间短路只有在转子 旋转的过程中才表现出来，当电机停转时很难利用上述常规实验检测出来。目前，检测动态 应间短路常用的方法是气隙线圈探测法。
[0009] 气隙线圈探测法是预先在发电机定子膛的通风沟处安装一个探测线圈，并使其尽 量靠近转子铁巧，当转子旋转时，该探测线圈可W检测到气隙中磁场的变化情况，对气隙旋 转磁场进行微分，然后通过分析微分波形就可W诊断转子绕组是否存在应间短路故障W及 故障槽的位置。该方法适合在电机空载及机端=相对称短路时监测发电机转子是否存在应 间短路W及判断短路的严重程度及位置。但是目前绝大多数电机出厂时未装设探测线圈， 在已经投运的电机上加装该线圈十分困难，也较难被用户所接受，使该方法的应用范围受 到了限制。
[0010] 总之，尽管国内外对同步电机励磁绕组应间短路故障的检测十分重视，但利用现 有的各种方法实现应间短路线圈的定位，尤其是动态应间短路的定位还存在一定的困难。 因此有必要进一步进行研究。
【发明内容】
[0011] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种确定电机励磁绕组应间短路故 障位置的方法，W及时排除安全隐患，防止短路故障进一步蔓延。
[0012] 本发明所述问题是W下述技术方案实现的：
[0013] 一种确定电机励磁绕组应间短路故障位置的方法，所述方法在同步电机运行过程 中采集定子绕组一条支路的电流信号，并对该信号进行快速傅立叶变换，得到其各次谐波 幅值，然后从中找到作为故障特征谐波的由励磁绕组应间短路引起的定子支路谐波电流， 并计算不同次数的故障特征谐波电流幅值之比，最后将该比值与事先通过仿真得到的比值 进行比较，找到与该比值相对应的故障，从而确定存在应间短路故障的线圈。
[0014] 上述确定电机励磁绕组应间短路故障位置的方法，它按W下步骤进行：
[0015] a.针对电机的具体结构，确定由励磁绕组应间短路在定子支路电流中引起的谐波 次数，从中选择部分谐波电流作为故障特征谐波电流；
[0016] b.计算不同故障特征谐波幅值的比值，并将各个线圈分别应间短路时的比值建立 数据库，Vi次故障特征谐波与V 2次故障特征谐波幅值的比值的计算公式为：
[0017]
【主权项】
1. 一种确定电机励磁绕组匝间短路故障位置的方法，其特征是，所述方法在同步电机 运行过程中采集定子绕组一条支路的电流信号，并对该信号进行快速傅立叶变换，得到其 各次谐波幅值，然后从中找到作为故障特征谐波的由励磁绕组匝间短路引起的定子支路谐 波电流，并计算不同次数的故障特征谐波电流幅值之比，最后将该比值与事先通过仿真得 到的比值进行比较，找到与该比值相对应的故障，从而确定存在匝间短路故障的线圈。
2. 根据权利要求1所述的一种确定电机励磁绕组匝间短路故障位置的方法，其特征 是，它按以下步骤进行： a. 针对电机的具体结构，确定由励磁绕组匝间短路在定子支路电流中引起的谐波次 数，从中选择部分谐波电流作为故障特征谐波电流； b. 计算不同故障特征谐波幅值的比值，并将各个线圈分别匝间短路时的比值建立数据 库，次故障特征谐波与v2次故障特征谐波幅值的比值的计算公式为：
其中，0」为第j个励磁线圈的短距比，kdpl为定子绕组基波的绕组因数，kdpvi为定子绕 组次谐波的绕组因数，kdpv2为定子绕组v2次谐波的绕组因数，xa、x。分别为每相电枢 反应电抗和漏抗，kvl、kv2分别为计算vv2次谐波电势的系数； c. 利用电气参数数据采集仪采集同步电机运行过程中的定子支路电流信号，并对该信 号进行快速傅立叶变换，获得定子绕组支路电流频谱图，进而得到定子支路电流的各次谐 波幅值； d. 利用步骤c所获得的谐波幅值数据，按照步骤b的计算方法，计算被测电机不同故障 特征谐波幅值之比； e. 将步骤d的计算结果与步骤b的计算结果相比对，在步骤b所建立的数据库中找到 与步骤d的计算结果相对应的比值，则该比值所对应的线圈匝间短路故障即为被检测电机 的故障。
【专利摘要】一种确定电机励磁绕组匝间短路故障位置的方法，所述方法在同步电机运行过程中采集定子绕组一条支路的电流信号，并对该信号进行快速傅立叶变换，得到其各次谐波幅值，然后从中找到作为故障特征谐波的由励磁绕组匝间短路引起的定子支路谐波电流，并计算不同次数的故障特征谐波电流幅值之比，最后将该比值与事先通过仿真得到的比值进行比较，找到与该比值相对应的故障，从而确定存在匝间短路故障的线圈。本发明无需在电机定子膛内安装探测线圈就可实现励磁绕组匝间短路故障的定位，具有定位准确度高、适用范围广等优点。本发明可帮助维修人员精确定位励磁绕组匝间短路故障，为及时排除安全隐患，防止短路故障进一步蔓延创造了有利条件。
【IPC分类】G06F19-00, G01R31-34, G01R31-06
【公开号】CN104569733
【申请号】CN201510011621
【发明人】李俊卿, 史玮明
【申请人】华北电力大学（保定）
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月9日