基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，取发电机定子铁心穿心螺杆的一段，在其两端通过定子铁心段间间隙向外引出测量线，通过引出线采集穿心螺杆的感应电压；利用在线采集系统实时采集穿心螺杆的感应电压，并对采集到的感应电压进行实时的数据处理，得到相应的谐波相对于基波的百分比含量，将上述百分比含量与设定阈值相比较，当相应谐波的相对含量超出设定阈值时，判定该汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。本发明专利技术可以解决现有技术的不足，提高此类故障的诊断水平。

Fault diagnosis method of turbo generator rotor windings based on the bolt

The invention discloses a fault diagnosis method of turbo generator rotor windings through the screw based on a generator stator iron core through the screw, in the two ends of the stator core segment gap leads out the line of measurement, through the induction voltage of lead wire acquisition through bolt; induction voltage acquisition system using on-line real-time acquisition through bolt the induction voltage and the collected real-time data processing, get the corresponding harmonic percentage relative to the fundamental wave, the percentage compared with the threshold, when the relative content of the corresponding harmonic exceeds the preset threshold, to judge the existence of turbo generator rotor winding interturn short circuit fault. The invention can solve the shortcomings of the prior art and improve the diagnosis level of such faults.

【技术实现步骤摘要】
基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法
本专利技术涉及发电机
，尤其是一种基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法。
技术介绍
转子绕组匝间短路故障是大型汽轮发电机的常见故障之一，转子绕组受负荷频繁变化、振动、通风不畅、匝间绝缘材质、异物进入等因素的影响，匝间短路的故障率较高。以广东省为例，从2007年至2010年先后有9台发电机出现了转子绕组匝间短路故障，仅2009年就发生了3起，2010年发生了5起。转子绕组匝间短路通常不会对发电机构成严重危害，但应及早处理，以避免故障恶化造成振动超标、大轴磁化和转子接地等问题，对转子绕组匝间短路进行在线监测和准确预报十分必要。目前已有的转子绕组匝间短路故障在线诊断方法主要包括：探测线圈法、励磁电流法、定子并联支路环流法、虚功率法和轴电压法等。探测线圈法在发电机定子铁心间隙沿径向安装探测线圈，探测线圈的探头伸入发电机气隙，检测转子槽漏磁通，当转子某槽有短路故障时，该槽的槽口漏磁通小于正常槽，在探测线圈上感应的电压脉冲值也小于正常槽，根据电压脉冲值差异即可确定故障位置。该方法既适用于静止励磁发电机，也适用于旋转励磁发电机，然而，该方法也存在一个较为严重的问题，即发电机负载特别是重载运行时的诊断灵敏度不高，容易出现漏报。励磁电流法根据匝间短路引起励磁磁势损失的基本原理，通过比较励磁电流理论值与实际值的偏差判断短路故障，该方法通常只有当发电机短路匝数较多(2匝以上)时励磁电流才会有明显的增加，此外，该方法需要发电机的实时励磁电流值，因此只适用于静止励磁发电机。定子并联支路环流法根据定子一相两条支路上特定频率的环流判断匝间短路故障，该方法的灵敏度较高，但实用性差，原因是当前汽轮发电机普遍不配置横差保护，在定子一相绕组的两条支路上没有分别安装电流互感器，仅有测量相电流的互感器，不具备测量环流的条件。虚功率法利用了匝间短路对发电机空载电动势的削弱作用，提出根据电磁功率偏差诊断转子绕组匝间短路故障，该方法能够发现较轻微的短路故障，但诊断过程需要使用发电机的励磁电流，因此，不适用于旋转励磁发电机。轴电压法利用了短路在转子两端感应的特定频率的轴电压谐波判断转子绕组匝间短路故障，但受运行过程中的油污、碳刷与转轴滑动接触速度较高等因素的影响，碳刷与转轴间的接触可靠性较差，需要经常进行清理和维护。总之，尽管目前对汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的在线检测十分重视，但现有的诊断方法在应用中都还存在一些不足，因此有必要进一步提高此类故障的诊断水平。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，能够解决现有技术的不足，提高此类故障的诊断水平。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，取发电机定子铁心穿心螺杆的一段，在其两端通过定子铁心段间间隙向外引出测量线，通过引出线采集穿心螺杆的感应电压；利用在线采集系统实时采集穿心螺杆的感应电压，并对采集到的感应电压进行实时的数据处理，得到相应的谐波相对于基波的百分比含量，将上述百分比含量与设定阈值相比较，当相应谐波的相对含量超出设定阈值时，判定该汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。作为优选，相应谐波的相对含量与转子绕组匝间短路故障程度成正比。作为优选，对于1对极汽轮发电机，使用2次、4次、6次等偶数次谐波的百分比含量作为判断标准；对于2对极汽轮发电机，使用1/2次，3/2次、2次、5/2次等谐波的百分比含量作为判断标准。对于1对极汽轮发电机，使用以下判据：对于2对极汽轮发电机，使用以下判据：其中，A1为基波幅值，A2为2次谐波幅值，A4为4次谐波幅值，A6为6次谐波幅值，A1/2为1/2次谐波幅值，A3/2为3/2次谐波幅值，A5/2为5/2次谐波幅值，a％为故障特征谐波之和相对于基波的百分比含量。作为优选，故障判定阈值设定为6％。作为优选，转子绕组正常情况下，汽轮发电机转子磁势为阶梯形波，通过傅立叶分析将励磁磁势分解为一系列谐波，在静止坐标系下励磁磁势表示为，转子绕组发生短路故障后，被短路的转子绕组无电流流过，励磁磁势变得不对称，故障磁势等于正常磁势与被短路匝流过反向电流形成的磁势的叠加，对反向流过被短路转子绕组的电流形成的磁势进行傅里叶分解，得，对于1对极汽轮发电机，出现的2次、4次、6次等偶数次谐波是匝间短路故障前没有的；对于2对极汽轮发电机，1/2次，3/2次、2次、5/2次等谐波是匝间短路故障前没有的；气隙磁场中出现偶数次或分数次谐波，这些谐波磁场在以同步速旋转时将切割静止的穿心螺杆，在穿心螺杆的感应电压中也将出现偶数次或分数次谐波。对于1对极汽轮发电机或2对极汽轮发电机，由于转速不同，因此故障特征谐波磁场在穿心螺杆上感应的电压频率也不相同；当1对极汽轮发电机发生转子绕组匝间短路故障后，穿心螺杆的感应电压中将出现2次、4次、6次等偶数次谐波，发电机正常运行时穿心螺杆的感应电压频率则为1次、3次、5次等，选取2次、4次、6次等偶数次谐波作为1对极汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的判据；当2对极汽轮发电机发生转子绕组匝间短路故障后，穿心螺杆的感应电压中将出现1/2次，3/2次、2次、5/2次等谐波，发电机正常运行时穿心螺杆的感应电压频率则为1次、3次、5次等，将1/2次，3/2次、2次、5/2次等谐波作为2对极汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的判据。采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本专利技术的诊断方法不需要在发电机内部安装传感器，将发电机的定子穿心螺杆作为磁场测量传感器，只需在穿心螺杆上引出测量引线即可完成磁场测量，实施起来十分安全、方便。本方法的诊断方法具有良好的适应性，同时适用于静止励磁汽轮发电机和旋转励磁汽轮发电机。该方法具有极高的灵敏度，可以对汽轮发电机的转子绕组绝缘状态进行在线监测，能够发现汽轮发电机最轻微的一匝短路故障。这对于防止汽轮发电机转子绕组匝间短路故障恶化、降低非计划停运时间造成的经济损失以及提高电力系统稳定性都有着重要意义。附图说明图1是转子绕组正常时的励磁磁势示意图；图2是被短路转子绕组通入反向电流所产生的磁势示意图；图3是TA1100-78型汽轮发电机穿心螺杆及测量原理示意图；图4是图3中A部分的局部放大图；图5是TA1100-78型汽轮发电机2维仿真模型；图6是发电机空载转子12号槽不同短路程度时单旋转周期穿心螺杆处径向磁密；图7是发电机空载转子12号槽不同短路程度时单旋转周期穿心螺杆感应电压波形；图8是发电机空载转子绕组正常时穿心螺杆感应电压频谱图；图9是发电机空载转子12号槽绕组1匝短路时穿心螺杆感应电压频谱图；图10是发电机空载转子12号槽绕组2匝短路时穿心螺杆感应电压频谱图；图11是发电机空载转子12号槽绕组3匝短路时穿心螺杆感应电压频谱图；图12是发电机空载转子12号槽绕组4匝短路时穿心螺杆感应电压频谱图；图13是发电机负载转子12号槽不同短路程度时单旋转周期穿心螺杆处径向磁密；图14是发电机负载转子12号槽不同短路程度时单旋转周期穿心螺杆段感应电压波形；图15是发电机额定负载转子绕组正常时穿心螺杆感应电压频谱图；图16是发电机额定负载转子12号槽绕组1匝短路时穿心螺杆感应电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于：取发电机定子铁心穿心螺杆的一段，在其两端通过定子铁心段间间隙向外引出测量线，通过引出线采集穿心螺杆的感应电压；利用在线采集系统实时采集穿心螺杆的感应电压，并对采集到的感应电压进行实时的数据处理，得到相应的谐波相对于基波的百分比含量，将上述百分比含量与设定阈值相比较，当相应谐波的相对含量超出设定阈值时，判定该汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于：取发电机定子铁心穿心螺杆的一段，在其两端通过定子铁心段间间隙向外引出测量线，通过引出线采集穿心螺杆的感应电压；利用在线采集系统实时采集穿心螺杆的感应电压，并对采集到的感应电压进行实时的数据处理，得到相应的谐波相对于基波的百分比含量，将上述百分比含量与设定阈值相比较，当相应谐波的相对含量超出设定阈值时，判定该汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。2.根据权利要求1所述的基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于：相应谐波的相对含量与转子绕组匝间短路故障程度成正比。3.根据权利要求1所述的基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于：对于1对极汽轮发电机，使用2次、4次、6次等偶数次谐波的百分比含量作为判断标准；对于2对极汽轮发电机，使用1/2次，3/2次、2次、5/2次等谐波的百分比含量作为判断标准。对于1对极汽轮发电机，使用以下判据：对于2对极汽轮发电机，使用以下判据：其中，A1为基波幅值，A2为2次谐波幅值，A4为4次谐波幅值，A6为6次谐波幅值，A1/2为1/2次谐波幅值，A3/2为3/2次谐波幅值，A5/2为5/2次谐波幅值，a％为故障特征谐波之和相对于基波的百分比含量。4.根据权利要求3所述的基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于：故障判定阈值设定为6％。5.根据权利要求2所述的基于穿心螺杆的汽轮发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于：转子绕组正常情况下，汽轮发电机转子磁势为阶梯形波，通过傅立叶分析将励磁磁势分解为一系列谐波，在静止坐标系下励磁磁势表示为，

【专利技术属性】
技术研发人员：武玉才，徐乾杰，马倩倩，马明晗，袁浚峰，
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