一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法，属于电机故障诊断技术领域。包括以下步骤：a.通过反向计算法计算调相机正常工作状态下励磁电流理论值If；b.根据下述公式计算调相机的励磁电流实测值I'f与励磁电流理论值If的相对偏差a％：

【技术实现步骤摘要】
一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法
本专利技术涉及电机故障诊断

技术介绍
目前，随着特高压直流的快速发展，电网特性发生较大变化，部分地区动态无功储备下降、电压支撑不足的问题突出，成为大电网安全稳定的主要问题之一。这就客观要求直流大规模有功输送，必须匹配大规模动态无功，而新一代调相机则具有容量更大、可靠性更高、动态维持电压能力强的特点，在电网扰动的情况下，能够通过强励及时提供大容量动态无功，所以目前调相机的发展备受关注。然而，结合发电机的运行经验，随着新型调相机的大量投入，转子绕组匝间短路故障成为一个不容忽视的问题，因为出现这种故障时，励磁电流增加，损耗增大，使调相机的无功功率受到限制，同时匝间短路处局部温度升高，导致主绝缘和绕组铜线的损坏，严重时转子振动增大，大轴磁化，甚至被迫停机，对电力系统的安全稳定运行造成了极大地威胁，所以对调相机转子进行匝间短路故障诊断非常必要。同时，当前在发电机故障诊断领域，存在诸多检测转子绕组匝间短路故障的方法，包括直流电阻法、交流阻抗与损耗法、分布电压法、探测线圈法、以及定子绕组并联支路环流法等，根据这些方法在汽轮发电机和水轮发电机上应用，发现直流电阻法，交流阻抗与损耗法，分布电压法只能在电机停机的情况下使用，在线情况下无法应用，探测线圈法虽然能在线使用，但易受干扰，仅在空载条件下有较好的诊断效果，定子绕组并联支路法在现场检测信号微弱，不能准确地识别出匝间短路故障，所以对于调相机急需一种在线的准确有效的诊断方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法，它具有诊断迅速、准确等特点。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法，包括以下步骤：a.通过反向计算法计算调相机正常工作状态下励磁电流理论值If；b.根据下述公式计算调相机的励磁电流实测值I'f与励磁电流理论值If的相对偏差a％：c.通过常规实验模拟转子绕组匝间轻微短路状态，从而测得在转子绕组正常时的励磁电流i和匝间轻微短路状态下的最小短路电流imin，根据下述计算公式获得调相机转子绕组匝间短路阈值c％：d.进行调相机转子绕组匝间短路故障诊断：如果a％＜c％；则调相机转子绕组不存在匝间短路故障；如果a％＞c％；则调相机转子绕组存在匝间短路故障。本专利技术进一步改进在于：步骤a中通过下述反向计算法计算调相机正常工作状态下励磁电流理论值：a-a.采集调相机正常运行时的电气相关参数，相关参数包括：无功功率Q、定子电压U,同步电抗Xs；根据下述计算公式计算调相机的空载电动势E0：a-b.根据调相机额定参数采用MATLAB软件拟合出空载特性曲线；a-c.根据步骤a-a计算得到的空载电动势E0，在空载特性曲线中查取励磁电流的理论值If。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、它利用调相机转子绕组发生匝间短路后，有效磁场减弱，输出无功功率减小的特征，采用励磁电流相对偏差的判据来进行故障识别,弥补了调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法的空白，为其安全运行提供保证。2、它通过励磁电流的相对偏差来判断调相机转子绕组匝间短路故障，可以对任意工况下的故障进行检测，判据的大小可以直接反映短路故障的严重程度。3、它不必增加新的监测点，操作简便，灵敏度高，节约成本。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是凸极同步电动机的相量图；图3是300Mvar调相机拟合空载特性曲线。具体实施方式下面将结合附图和具体实施例对本专利技术进行进一步详细说明。一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法，包括以下步骤：a.通过反向计算法计算调相机正常工作状态下励磁电流理论值If；b.根据下述公式计算调相机的励磁电流实测值I'f与励磁电流理论值If的相对偏差a％：c.通过常规实验模拟转子绕组匝间轻微短路状态，从而测得在转子绕组正常时的励磁电流i和匝间轻微短路状态下的最小短路电流imin，根据下述计算公式获得调相机转子绕组匝间短路阈值c％：d.进行调相机转子绕组匝间短路故障诊断：如果a％＜c％；则调相机转子绕组不存在匝间短路故障；如果a％＞c％；则调相机转子绕组存在匝间短路故障。步骤a中通过下述反向计算法计算调相机正常工作状态下励磁电流理论值：a-a.采集调相机正常运行时的电气相关参数，相关参数包括：无功功率Q、定子电压U,同步电抗Xs；根据下述计算公式计算调相机的空载电动势E0：a-b.根据调相机额定参数采用MATLAB软件拟合出空载特性曲线；a-c.根据步骤a-a计算得到的空载电动势E0，在空载特性曲线中查取励磁电流的理论值If。技术原理：励磁电流相对偏差a％大小表征转子绕组的短路程度，数值越大，短路程度越严重。以SDF-9型同步电机为例，通过常规实验模拟模拟调相机转子绕组匝间轻微短路状态，从而测得短路阈值为4％，如果a％>4％，调相机发生转子绕组匝间短路故障；如果a％≤4％，调相机无转子绕组匝间短路故障。假定表示空载电动势；U表示机端相电压；表示定子电流(与发电机惯例下定子电流方向相反)；表示定子电流的直轴分量；表示定子电流的交轴分量；Xd表示直轴同步电抗；Xq表示交轴同步电抗；m表示电机相数；δM表示功角；表示电机的功率因数；Ψ0M表示电机的内功率因数角；Lad表示调相机纵轴电枢反应电感系数；Mafd表示定子A相绕组与励磁绕组的总互感系数；Mafd0表示定子A相绕组与励磁绕组的总互感系数最大值；Lδ表示定子自感基值；kifd表示定子电流基值与转子电流基值比；iδ表示定子电流基值；Ifdδ表示转子电流基值；τ表示电机极距；l表示电机定子线棒有效长度；as表示定子绕组支路数；afd表示各极励磁绕组支路数；k0δ1表示定子绕组基波绕组系数；k0δfd1表示励磁绕组基波绕组系数；λd11表示气隙磁导系数；w表示定子绕组匝数；U'表示调相机转子绕组匝间短路故障后的定子电压；E'表示调相机转子绕组匝间短路故障后的空载电动势；wfd表示调相机短路前匝数；w'fd表示调相机短路后匝数；Δn表示短路匝数。基于励磁电流相对偏差的调相机转子绕组匝间短路故障诊断判据的推导如下：调相机本质上是空载运行的同步电动机，所以按电动机惯例确定电流的正方向，凸极同步电动机的电动势平衡方程为凸极同步电动机的相量图如图1所示，此处定子电阻很小，忽略不计：考虑到相量图中：所以：又由于同步电机作调相机运行时，转子主极磁场与电枢合成磁场同方向，即空载电势E0与定子电压同方向，δM＝0，且调相机为满足容量需求常做成隐极，即Xd＝Xq＝Xs，所以所以，调相机的空载电动势：若不计饱和，则空载电动势与励磁电流存在如下关系：E0＝xadIf(9)其中：xad＝Lad＝Mafd(10)所以励磁电流If为若短路匝数为Δn，则短路后励磁电流I'f为假设短路前后电压，无功功率不变，则励磁电流的相对偏差为从表达式可以看出短路匝数越多，短路越严重，励磁电流的相对偏差就越大，此推导反应了短路程度与匝数趋势上的变化，但是考虑到调相机常工作在过励状态且匝间短路后励磁电流增大，致使饱和程度加深，虽然此时安匝数减少，有效磁场减弱，削弱了饱和，但在结果的准确度上仍存在误差，所以需要将饱和考虑在内，本专利技术采用了一种拟合空载特性曲线的方法来计及饱和，具体利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：a.通过反向计算法计算调相机正常工作状态下励磁电流理论值If；b.根据下述公式计算所述调相机的励磁电流实测值I'f与励磁电流理论值If的相对偏差a％：

【技术特征摘要】
1.一种调相机转子绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：a.通过反向计算法计算调相机正常工作状态下励磁电流理论值If；b.根据下述公式计算所述调相机的励磁电流实测值I'f与励磁电流理论值If的相对偏差a％：c.通过常规实验模拟转子绕组匝间轻微短路状态，从而测得在转子绕组正常时的励磁电流i和匝间轻微短路状态下的最小短路电流imin，根据下述计算公式获得所述调相机转子绕组匝间短路阈值c％：d.进行调相机转子绕组匝间短路故障诊断：如果a％＜c％；则所述调相机转子绕组不存在匝间短路故障；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永刚，姜猛，马明晗，王罗，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13