双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法及监测方法技术

本发明专利技术公开一种双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法及监测方法，该诊断方法步骤包括：1)在目标发电机为静止状态时，控制一套定子绕组作为测试绕组，并通过风电变流器向测试绕组施加测试电压，由另一套定子绕组作为感应绕组；2)根据感应绕组上的三相感应电压与测试绕组的线电压之间的大小关系，诊断发生单绕组匝间短路故障的状态；该监测方法每次当风电变流器完成自检过程后、目标发电机启动前，按照上述诊断方法执行匝间短路故障诊断，若诊断到故障，发出故障警报。本发明专利技术能够及时诊断、监测出双绕组风力发电机中早期定子单绕组匝间短路故障，且具有实现方法简单、无需辅助设备及复杂运算、诊断结果准确等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及同步风力发电机故障检测
，尤其涉及一种双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法及监测方法。
技术介绍
基于同步风力发电机(包括永磁和电励磁两种类型的同步风力发电机)的风力发电机组是目前的主流风电机组产品，其具有有功功率、无功功率均可独立调节、调速范围宽等优点。由于风电机组运行一段时间后，机械与电气部件将会逐渐暴露一些故障，因此为确保风电机组稳定高效运行，对风电机组关键部件的故障及时诊断预警和维护具有非常重要的意义。大型同步风力发电机通常为双绕组结构，其安装在风电机组的机舱内，而配套的风电变流器通常安装在塔底。绕组短路故障是发电机中较易出现的一类故障，主要是由绝缘老化失效造成。发电机主要有三种短路故障：即匝间短路，相间短路和接地故障，在同步风力发电机的绕组故障中，定子绕组匝间短路故障较为常见。定子绕组发生匝间短路时会在短路回路中产生大量涡流，所产生的局部发热会大大缩短故障线圈周围绝缘寿命，如果未及时检测到该故障的发生，则故障会继续扩展，导致接地短路或相与相之间的短路，电机的温度不断增加，最后直至电机完全损坏，因此对同步风力发电机早期的定子单绕组匝间短路故障进行诊断预警，以在故障初期及时发现并切除故障点是十分必要的。目前针对同步风力发电机的匝间短路故障诊断，通常是基于对定子电流采用傅里叶变换、小波变换、经验模态分解等分析实现，但这类故障诊断方法一方面电流信号的灵敏度比较差，实现复杂且检测精度不高；另一方面通过信号分析技术所需的计算量较大，不易实现及时故障诊断。若通过测试仪器实现风力发电机故障诊断，由于风电机组一般都是安装在荒无人烟的地方，现场环境恶劣，且每台风电机组并无人值守，只是通过风电场管理中心实现集中远程监控，而且风力发电机都安装在离地近百米高的机舱内，因而需要测试人员携带专用测试仪器，并从塔底攀爬近百米进入机舱才能对发电机进行测试，实现非常不便利，不适用于风场的应用环境，且也难以实现及时检测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够及时诊断、监测出双绕组风力发电机中早期定子单绕组匝间短路故障的双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法及监测方法，实现方法简单、无需辅助设备及复杂运算且诊断结果准确。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，步骤包括：1)在目标发电机为静止状态时，控制接入目标发电机中一套定子绕组作为测试绕组，并通过与目标发电机配套安装的风电变流器向所述测试绕组施加测试电压，由目标发电机中另一套定子绕组作为感应绕组；2)根据所述感应绕组上的三相感应电压与所述测试绕组的线电压之间的大小关系，以及所述测试绕组上的三相电流值的状态，诊断目标发电机中两套定子绕组发生单绕组匝间短路故障的状态。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，所述步骤2)的具体步骤为：2.1)检测目标发电机中所述感应绕组上的三相感应电压值，并获取所述测试绕组上的线电压值；2.2)分别将所述三相感应电压值与所述线电压值进行比较，如果不是均相等，则诊断存在定子绕组发生匝间短路故障，且由比较结果诊断是感应绕组或测试绕组发生故障，其中当诊断为感应绕组发生故障时，根据所述三相感应电压值的状态定位故障相；当诊断为测试绕组发生故障时，转入执行步骤2.3)；2.3)检测所述测试绕组上的三相电流值，根据检测到的三相电流值的状态定位故障相。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，所述步骤2.2)的具体步骤为：分别判断所述三相感应电压与所述线电压之间的电压比值中，如果存在两相电压比值均小于1且满足第一判断条件，则诊断感应绕组发生故障，且定位感应绕组中两相电压比值均小于1所对应的公共接线端连接的绕组为故障相；如果存在电压比值大于1且满足第二判断条件，则诊断测试绕组发生故障，转入执行步骤2.3)。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，所述第一判断条件为小于(1-η)，其中η为第一校正偏差；所述第二判断条件为大于(1+δ)，其中δ为第二校正偏差。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，所述步骤2.3)中根据检测到的三相电流值的状态定位故障相的具体步骤为：2.3.1)获取检测到的三相电流值中最大电流值；2.3.2)判断所述步骤2.3.1)获取的最大电流值是否大于I且满足第三判断条件，其中I为正常状态下定子绕组的电流值，如果是，则诊断所述最大电流值所对应的绕组相为故障绕组。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，其特征在于：所述第三判断条件为大于(1+β)I，其中β为第三校正偏差。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，所述步骤2.3.2)中正常状态下定子绕组的电流值具体获取步骤为：预先在目标发电机正常状态且静止时，由风电变流器施加与所述测试电压相同的电压至一套定子绕组上，获取风电变流器输出的电流值作为正常状态下定子绕组的电流值。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，所述步骤2.1)中测试绕组的线电压具体通过获取风电变流器输出的测试电压的电压值得到。作为本专利技术诊断方法的进一步改进，所述步骤1)中具体通过正弦脉宽调制方法控制风电变流器输出恒定的三相对称交流电压作为测试电压。本专利技术进一步一种双绕组风力发电机匝间短路故障监测方法，所述监测方法包括：每次当与目标发电机配套安装的风电变流器完成自检过程后、目标发电机启动前，按照上述诊断方法执行匝间短路故障诊断，若诊断到出现匝间短路故障，向监测中心发出故障警报。作为本专利技术监测方法的进一步改进：所述监测方法还包括预先将具有实现所述匝间短路故障诊断方法功能的故障诊断模块加载至风电变流器的自检程序中步骤，通过调用所述故障诊断诊断模块执行匝间短路故障诊断。与现有技术相比，本专利技术双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法的优点在于：1)本专利技术双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，基于双绕组同步风力发电机单个定子绕组发生匝间短路故障时的特性，通过控制接入一套定子绕组作为测试绕组，另一套作为感应绕组，由风电变流器向测试绕组施加测试电压，根据感应绕组的感应电压与测试绕组的线电压之间的大小关系以及测试绕组的电流状态，即可诊断出两套定子绕组的匝间短路故障发生状态，实现方式简单，无需进行复杂的运算，且诊断结果准确度高；2)本专利技术双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，通过与发电机配套安装的风电变流器作为辅助诊断工具，整个诊断过程中无需增加其他辅助诊断设备，可有效降低检测诊断所需成本，诊断过程通过远程操控即可实现，无需测试人员在现场执行，因而便于应用于风场环境的实施；3)本专利技术双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，通过对双绕组同步风力发电机中单个定子绕组发生匝间短路故障的状况进行诊断，可以及时检测出早期定子的单个绕组轻微匝间短路现象，以在故障早期及时做出处理，避免故障扩大；4)本专利技术双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，通过比较感应绕组的感应电压与测试绕组的线电压是否相等，诊断出定子绕组是否发生匝间短路故障，结合比较结果利用匝间短路故障发生时电压变化特性即可诊断是感应绕组发生故障还是测试绕组发生故障；若诊断为感应绕组发生故障，由感应电压值的状态即可定位具体的故障相，若诊断为测试绕组发生故障，结合测试绕组的电流值状态即可定位具体的故障相，实现故障类型的准确诊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤包括：1)在目标发电机为静止状态时，控制接入目标发电机中一套定子绕组作为测试绕组，并通过与目标发电机配套安装的风电变流器向所述测试绕组施加测试电压，由目标发电机中另一套定子绕组作为感应绕组；2)根据所述感应绕组上的三相感应电压与所述测试绕组的线电压之间的大小关系，以及所述测试绕组上的三相电流值的状态，诊断目标发电机中两套定子绕组发生单绕组匝间短路故障的状态。

【技术特征摘要】
1.一种双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，步骤包括：1)在目标发电机为静止状态时，控制接入目标发电机中一套定子绕组作为测试绕组，并通过与目标发电机配套安装的风电变流器向所述测试绕组施加测试电压，由目标发电机中另一套定子绕组作为感应绕组；2)根据所述感应绕组上的三相感应电压与所述测试绕组的线电压之间的大小关系，以及所述测试绕组上的三相电流值的状态，诊断目标发电机中两套定子绕组发生单绕组匝间短路故障的状态。2.根据权利要求1所述的双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2)的具体步骤为：2.1)检测目标发电机中所述感应绕组上的三相感应电压值，并获取所述测试绕组上的线电压值；2.2)分别将所述三相感应电压值与所述线电压值进行比较，如果不是均相等，则诊断存在定子绕组发生匝间短路故障，且由比较结果诊断是感应绕组或测试绕组发生故障，其中当诊断为感应绕组发生故障时，根据所述三相感应电压值的状态定位故障相；当诊断为测试绕组发生故障时，转入执行步骤2.3)；2.3)检测所述测试绕组上的三相电流值，根据检测到的三相电流值的状态定位故障相。3.根据权利要求2所述的双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2.2)的具体步骤为：分别判断所述三相感应电压与所述线电压之间的电压比值中，如果存在两相电压比值均小于1且满足第一判断条件，则诊断感应绕组发生故障，且定位感应绕组中两相电压比值均小于1所对应的公共接线端连接的绕组为故障相；如果存在电压比值大于1且满足第二判断条件，则诊断测试绕组发生故障，转入执行步骤2.3)。4.根据权利要求3所述的双绕组同步风力发电机匝间短路故障诊断方法，其特征在于：所述第一判断条件为小于(1-η)，其中η为第一校正偏差；所述第二判断条件为大于(1+δ)，其中δ为第二校正偏差。5.根据权利要求2或3或4所述的双绕组同步风力发电机匝间短路...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛建科，徐凤星，张少云，佘岳，王新泽，黄禹文，史虎，孙胜苗，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43