一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法技术

本发明专利技术涉及一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法，包括如下步骤：步骤1，采集发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压；步骤2，将采集的发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压数据输入至参数可调的发电机低频‑高频绕组阻抗参数模型中，得到发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱；步骤3，基于发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱，绘制频谱‑阻抗绕组耦合曲线，通过频谱‑阻抗绕组耦合曲线对发电机定子匝间短路故障进行监测。本发明专利技术能够提高发电机运行的可靠性和可用性，通过评估发电机定子介质绝缘故障，实现不同绝缘介质的匝间绝缘监测。

【技术实现步骤摘要】
一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法
本专利技术属于发电机匝间短路监测
，尤其涉及一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法。
技术介绍
在工业中，交流电机广泛应用于水泵、风机、机床、压缩机等领域，近年来，随着新能源的推广，在风力发电、电动汽车等应用中，交流电机也起到越来越重要的作用。大型发电机在运行过程中，其绕组必然受到电磁场、温度场、机械应力及周围潮湿环境等各种因素的影响。发电机长期处于这种状态下运行，很容易造成绕组绝缘破坏，而一旦绕组绝缘遭受破坏，便会导致绕组发生匝间短路故障。且随着大型发电机的长期运行，发生绕组匝间短路故障的概率会逐渐增大。发电机绕组匝间短路故障主要是指定子绕组匝间短路故障及励磁绕组匝间短路故障。定子绕组匝间短路故障是发电机常见故障之一。发生故障时，被短路的故障绕组会流过很大的短路电流并产生破坏性很强的电磁力。与此同时，还会引起绕组温升升高，严重时甚至会烧毁绕组及铁芯。除此之外，故障产生的负序磁场也有可能超过发电机的设计允许值，从而严重损伤转子铁芯。发电机绕组匝间短路故障中的励磁绕组匝间短路故障，同样会对发电机组带来一定的危害。如故障时引起发电机转子振动超标，严重故障时，将引起转子绕组对地短路，造成转子绕组烧损、发电机失磁、大轴磁化等一系列危害。定子短路故障通常表现为一种绝缘能力缓慢退化的渐变过程。在恶劣工况下，当绕组的绝缘能力降低至一定程度，微弱的外部应力(过热、振动、电压冲击等)便有可引发局部匝间短路。目前，监测发电机匝间短路的方法有负序电流法、电流谐波法、电流矢量法、零序电压法、反电动势法、瞬时功率法、电机参数法、控制信号法、高频注入法、磁通检测法、高级信号处理法、人工智能法等。(1)负序电流法：正常运行电机的三相电流通常保持幅值相等、相位互差120°的平衡状态，而匝间短路会在电机中引入负序电流分量。基于负序电流的非侵入式诊断算法理论成熟、实现便捷，但是该方法在实际的运用过程中具有一定的限制。不平衡的电压、不对称的定子同样会引入负序电流分量，从而降低了诊断的可靠程度。(2)电流谐波法：发生故障后，短路线圈的磁动势会在气隙磁场中引入附加的谐波分量，其中：极对数匹配的磁场谐波会在定子绕组感生出对应频率的电流谐波。在永磁电机中，故障会在电流中引入分数次谐波以及饱和谐波，但是转子偏心、负载波动等扰动引入的谐波分量极易与上述故障特征混淆。另外，在内嵌式永磁电机中，受不均匀气隙的影响，特征谐波的频率较为分散、幅值明显减弱，导致故障检测的可靠程度降低。(3)电流矢量法：电流矢量综合了三相电流中包含的故障信息，因此能够增强监测的敏感度与可靠性。基于扩展矢量的诊断方法对初期故障的敏感度高、提取较为方便，并且对电压不平衡具有一定抑制能力。但是在闭环系统中，由于电流调节器具有较强的谐波抑制能力，会明显改变上述谐波与故障程度之间的关系。(4)零序电压法：定子故障会在电压信号中引入零序分量。基于零序电压的故障诊断技术计算量小、灵敏度高，同时适用于电网与逆变器供电的交流电机，并且不易受到负载变化与电压不平衡的影响。此方法需要事先标定电阻网络的不对称程度，这样不仅增加了工程复杂度，而且会降低系统的可靠性.(5)反电动势法：由于闭环电机系统的故障特征同时分布于电压、电流信号中，因此单独测量某类信号无法获得全面的故障信息。瞬时无功信号的特征谐波会应负载变化影响较小，并且对电机参数的变化具有较好的免疫效果。但是，转速变化会明显改变功率、转矩信号中，特征谐波的幅值，且实际运行过程中负载的波动较为常见，因而此类方法不易获得独立于运行工况的故障指标。(7)电机参数法：电机参数会随着匝间短路的产生而逐渐变化。因此，利用测量信号实现电机参数的辨识，可以得到具有实际物理意义的电机状态信息根据电机参数的类型，此方法主要可以分为阻抗参数与模型参数两部分。由于故障状态变量的辨识结果明显受到电机参数的影响，因而需要综合使用多参数并行辨识技术来避免辨识误差。但是，定子不对称与匝间短路在模型结构上具有相似性，因此为了避免混淆，辨识过程对故障模型的准确程度有较高要求。(8)控制信号法：为了降低设备成本、避免硬件改动，部分现场通常倾向于使用非侵入式的故障诊断方法。该类方法实现较为便捷，能够在原有控制系统中直接开展诊断工作。但是，控制器参数会明显影响特征分量与故障程度间的关系，相关的解耦算法仍需进一步研究。(9)高频注入法：在基于基波电压、电流特征的诊断方法中，电机转速、负载以及闭环控制器对诊断结果的影响通常较为明显。附加注入信号不仅会引入明显的电磁噪声，而且会产生额外的系统附加损耗。(10)磁通检测法：电机发生匝间短路故障后，被短路的绕组部分可以被视为一个附加线圈，该附加线圈内的短路电流会在电机气隙内部产生单极性磁场。通过增加探测线圈的数量，还可以实现故障绕组的定位，但是，该方法需要事先安装探测装置，因此实际应用较为不便。(11)高级信号处理法：初期阶段的故障特征幅值微弱，容易被外界噪声所淹没。为了增强信号提取的可靠性，研究人员将高级信号处理算法引入故障诊断过程，并以此替代DFT、FFT及PSD等传统算法。使用高级信号处理算法能够解决频谱泄漏、噪声淹没等信号问题，进而增强故障诊断的性能。然而，部分算法软件负担较重、对处理器的性能要求较高，在实际应用中仍需进一步研究高效的信号提取算法。(12)人工智能法：近年来，随着机器学习的快速发展，包括人工神经网络、贝叶斯分类器、模糊逻辑以及支持向量机等高级诊断算法得到了越来越广泛的关注。人工智能方法的前期训练较为耗时，并且需要同时提供正常与故障等多种情况下的实测数据，因此在实际的工程应用过程中尚存在诸多不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法，以优化现有发电机定子匝间短路方法，提高监测准确度。本专利技术提供了一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法，包括如下步骤：步骤1，采集发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压；步骤2，将采集的发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压数据输入至参数可调的发电机低频-高频绕组阻抗参数模型中，得到发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱；步骤3，基于发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱，绘制频谱-阻抗绕组耦合曲线，通过频谱-阻抗绕组耦合曲线对发电机定子匝间短路故障进行监测。进一步地，步骤1中，所述发电机封闭母线中耦合电容电流通过电流传感器采集得到，所述注入信号发生器机端对地电压通过高精度电压测量装置采集得到；所述电流传感器将发电机三相电缆整体包围。进一步地，步骤2中，采用相量机对模型数据进行训练，以使数据结果匹配定子匝间绝缘条件发生改变的发电机低频-高频绕组阻抗参数模型。借由上述方案，通过阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法，能够提高发电机运行的可靠性和可用性，通过评估发电机定子介质绝缘故障，实现不同绝缘介质的匝间绝缘监测。上述说明仅是本专利技术技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1，采集发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压；/n步骤2，将采集的发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压数据输入至参数可调的发电机低频-高频绕组阻抗参数模型中，得到发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱；/n步骤3，基于发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱，绘制频谱-阻抗绕组耦合曲线，通过频谱-阻抗绕组耦合曲线对发电机定子匝间短路故障进行监测。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻抗频谱监测发电机匝间短路的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，采集发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压；
步骤2，将采集的发电机机端电流、发电机封闭母线中耦合电容电流、注入信号发生器机端对地电压数据输入至参数可调的发电机低频-高频绕组阻抗参数模型中，得到发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱；
步骤3，基于发电机正常运行和匝间短路时的阻抗频谱，绘制频谱-阻抗绕组耦合曲线，通过频谱-阻抗绕组耦合曲线对发电机定子匝间短...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，杨海超，吕楠，杨玉新，张浩然，柯唯阳，刘帅伟，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究院有限公司火力发电技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11