抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测方法技术

本发明专利技术是一种抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测方法，本发明专利技术利用主保护所配置的分支组电流互感器，从每相电流中提取特定谐波分量，计算其总有效值作为故障特征量，并由电机正常运行工况下近似与励磁电流成正比的分支电流固有分数次谐波分量来构成监测报警值，当故障特征量大于监测报警值时发出励磁绕组匝间短路故障的故障报警信号。本发明专利技术通过对发电电动机额定联网发电运行工况下时发生励磁绕组匝间短路的分析，提取出励磁绕组匝间短路区别于定子内部短路和各种机端外部短路等其它电机常见故障的独有特征，实现对每相七分支发电电动机励磁绕组匝间短路的在线监测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种，特别是 一种针对每相七分支抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障的在线监测方法，属于抽 水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测方法的创新技术。
技术介绍
20世纪90年代开始，我国抽水蓄能电站进入快速发展时期，特别是近几年来，大 量新机组陆续投入运行，国产机组也陆续得以使用。然而由于抽水蓄能发电电动机转速高， 单机容量大，而且机组运行工况复杂、启动频繁，运行环境较一般水轮发电机更恶劣，同时 随着抽水蓄能电站机组运行年限的增长，使得发电电动机的事故和故障频发，安全稳定问 题日￡fL关出。 励磁绕组匝间短路是同步发电机常见的一种电气故障，会造成励磁电流显著增 力口，发电机输出无功功率减小，机组振动加剧，短路点处的局部过热还可能使故障演化为转 子一点甚至两点接地故障，损坏转子铁芯并可能引起转子大轴磁化，严重情况还会烧伤轴 颈和轴瓦，给机组的安全运行带来巨大威胁。而抽水蓄能电站的发电电动机，由于运行工况 更加复杂、需要频繁进行启动，励磁绕组匝间短路的发生概率比一般水轮发电机更高。 目前检测电机励磁绕组匝间短路故障的传统方法主要包括：开口变压器法、交流 阻抗和功率损耗法、直流阻抗法、空载及短路特性试验法等，这些检测方法都无法在实际 运行工况下检测。而多年现场运行情况表明，转子旋转中励磁绕组承受离心力造成绕组间 的相互挤压及移位变形、励磁绕组的热变形、通风不良造成的局部过热等是造成励磁绕组 匝间短路的重要原因，这些原因引起的故障通常只有在电机实际工况运行时才有所显现。 因此，实现对转子绕组匝间短路故障的在线监测或保护显得尤为必要。 由于认识到定子绕组内部短路故障会对发电机造成严重的破坏，现在大型水轮发 电机以及发电电动机已普遍安装了主保护来反应这种故障，达到及时切除以避免或减轻故 障损害的目的。比如某抽水蓄能电站的发电电动机，单机容量320丽，7对极，每相7分支， 已配置了 5套原理不同的主保护，如图1所示，即将每相的1、2、3分支接在一起，形成中性 点O1 ;将每相的第4分支接在一起，形成中性点O2 ;再将每相的5、6、7分支接在一起，形成 中性点〇3。在每相的1、2、3分支组和5、6、7分支组上装设TPY型分支电流互感器TAl? TA6,构成一套不完全裂相横差保护，并分别与机端TPY型相电流互感器TA7?TA9构成两 套不完全纵差保护；此外，在O1-O2之间以及〇1_〇2之间分别接一个P级电流互感器（TA01和 TA02)，构成两套零序电流型横差保护。该发电电动机的定子绕组一旦发生内部短路，三相 电流不再对称，同相各分支电流也不再相等，会产生差动电流进入各种主保护装置。当差动 电流的基波分量足够大时，主保护快速动作，发电电动机会被切除从而避免产生严重损坏。 而研究表明，励磁绕组匝间短路故障后定子相绕组内部各分支电流不再相等，会 出现1/P、2/P……等分数次谐波的不平衡电流（P为发电机极对数），从理论上讲，这种故障 特征能被各种横差保护和不完全纵差保护的电流互感器所反映。但考虑到实际运行情况， 准确而有效地提取这些故障特征的难度很大，一方面是因为保护用电流互感器的准确工作 频率范围为10-70HZ，只能反映某些频率的分数次谐波不平衡电流；另一方面，当短路匝数 较少时，分支（组）不平衡电流的各次谐波分量都非常小。 励磁绕组匝间短路故障引起的定子相绕组内部不平衡电流的频率特征与电机的 极对数有关。而即使是极数相同的电机，故障主要特征量的频率及大小还与定子绕组的分 布及联接方式等因素有关，在不同电机上会出现不同的具体特点。上述抽水蓄能电站的发 电电动机已配置了多种主保护，结合该电机励磁绕组匝间短路的故障特征及其特征量的大 小，可提出适用于该电机的故障特征量提取方法、并借助各种电流互感器来实现，从而对其 励磁绕组可能出现的匝间短路故障进行实时在线监测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监 测方法，本专利技术能在不改变现有发电电动机中分支组电流互感器配置的基础上，通过特定 算法提取出励磁绕组匝间短路的故障特征值，并与电机正常运行工况下提取的检测报警值 相比较，形成基于励磁绕组匝间短路故障的在线监测方法。本专利技术能灵敏地检测出励磁绕 组匝间短路故障，有效防止匝间短路故障扩大而损坏电机的励磁绕组，提高发电电动机运 行可靠性。本专利技术只需在现有保护配置基础上，添加相应的检测算法，易于工程实现。 本专利技术的技术方案是：本专利技术为抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障的在 线监测方法，利用主保护所配置的分支组电流互感器，从每相电流中提取特定谐波分量，计 算其总有效值作为故障特征量，并由电机正常运行工况下近似与励磁电流成正比的分支电 流固有分数次谐波分量来构成监测报警值，当故障特征量大于监测报警值时发出励磁绕组 匝间短路故障的故障报警信号。 上述故障特征量的获取方法为：从每相第1-3分支总电流中提取出3/7次和4/7 次谐波分量，或者通过带通滤波器得到15-35HZ的分量，计算其总有效值作为故障特征量。 本专利技术通过对发电电动机额定联网发电运行工况下时发生励磁绕组匝间短路的 分析，可提取出励磁绕组匝间短路区别于定子内部短路和各种机端外部短路等其它电机常 见故障的独有特征，可实现对每相七分支发电电动机励磁绕组匝间短路的在线监测。本发 明是一种方便实用的抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障的在线监测方法。 【附图说明】 图1为每相七分支发电电动机主保护示意图； 图2为每相七分支发电电动机全套分支电流互感器TA配置示意图； 图3为同步电机磁极间磁动势分布示意图。 【具体实施方式】 实施例： 本专利技术为抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障的在线监测方法，特别是一 种针对每相七分支抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障的在线监测方法。本专利技术利 用主保护所配置的分支组电流互感器，从每相电流中提取特定谐波分量，计算其总有效值 作为故障特征量，并由电机正常运行工况下近似与励磁电流成正比的分支电流固有分数次 谐波分量来构成监测报警值，当故障特征量大于监测报警值时发出励磁绕组匝间短路故障 的故障报警信号。 上述故障特征量的获取方法为：从每相第1-3分支总电流中提取出3/7次和4/7 次谐波分量，或者通过带通滤波器得到15-35HZ的分量，计算其总有效值作为故障特征量。 本专利技术的抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障的在线监测方法，依次按以 下步骤进行： (1)对投运后正常运行的电机，预采样进入分支组电流互感器TAl?TA3的稳态电 流inOTal，并将采样时刻、采样值及相应的励磁电流直流分量Ifinmial存储成数字文件； (2)利用公式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测方法，其特征在于利用主保护所配置的分支组电流互感器，从每相电流中提取特定谐波分量，计算其总有效值作为故障特征量，并由电机正常运行工况下近似与励磁电流成正比的分支电流固有分数次谐波分量来构成监测报警值，当故障特征量大于监测报警值时发出励磁绕组匝间短路故障的故障报警信号。

【技术特征摘要】
1. 一种抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测方法，其特征在于利用主 保护所配置的分支组电流互感器，从每相电流中提取特定谐波分量，计算其总有效值作为 故障特征量，并由电机正常运行工况下近似与励磁电流成正比的分支电流固有分数次谐波 分量来构成监测报警值，当故障特征量大于监测报警值时发出励磁绕组匝间短路故障的故 障报警信号。2. 根据权利要求1所述的抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测方法， 其特征在于上述故障特征量的获取方法为：从每相第1-3分支总电流中提取出3/7次和 4/7次谐波分量，或者通过带通滤波器得到15-35HZ的分量，计算其总有效值作为故障特征 量。3. 根据权利要求1所述的抽水蓄能发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测方法， 其特征在于依次按以下步骤进行： (1)对投运后正常运行的电机，预采样进入分支组电流互感器TAl?TA3的稳态电流 in_al，并将采样时刻、采样值及相应的励磁电流直流分量Ifinmial存储成数字文件；,计算出正常运行中分支组电流互感器TAl? TA3的电流总有效值 Inormal ? 式中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈满，聂靓靓，孙宇光，黄俊恺，陶诗迪，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司调峰调频发电公司，
类型：发明
国别省市：广东;44