多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及了一种多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置，该励磁绕组短路故障检测方法包括：采集所述多相角形无刷励磁系统中的转子电枢电流；对所述转子电枢电流进行谐波特征分析，以确定是否有与极对数相关的分数次谐波成分；根据分析结果确定励磁绕组是否出现短路故障。实施本发明专利技术的技术方案，可实现多相角形无刷励磁机的励磁绕组匝间短路故障的在线监测与保护，而且，该技术方案简单、有效、可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置
本专利技术涉及电力系统主设备继电保护领域，尤其涉及一种多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置。
技术介绍
励磁系统是大型发电机的重要组成部分，性能优良、可靠性高的励磁系统是保证发电机安全及电力系统稳定运行的基础。相比于静止励磁，无刷励磁系统取消了发电机的碳刷和滑环，显著提高了励磁系统的可靠性，是大容量核电机组的首选励磁方式。无刷励磁机的磁极部分保持静止，电枢绕组随发电机以同步转速旋转，电枢绕组切割静止的磁场并感应电动势，将电枢绕组通过旋转整流桥连接发电机的励磁绕组，即可为发电机提供励磁电流。与静止励磁方式相比，无刷励磁方式具有噪音小、故障率低等优点，而多相无刷励磁系统不仅可以降低大功率励磁系统对单个二极管容量的要求，还能提高整流电压的质量、改善系统的容错性。励磁绕组匝间故障作为一种常见的发电机电气故障，也容易发生在无刷励磁系统中。轻微故障不会对励磁系统产生严重影响，但长期故障运行会给机组带来严重的安全隐患。目前现场运行的无刷励磁系统仅配备了定子过流保护，而未针对定子励磁绕组短路配备专门保护。目前的“弱保护”状态已很难适应大容量无刷励磁的发展。采用无刷励磁方式的初衷在于提高可靠性，但由于增加了励磁机及旋转整流环节，实际中却常发生励磁系统故障，从而影响了整个发电系统的可靠性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的无法检测励磁绕组匝间故障的缺陷，提供一种多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法、装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，包括：采集步骤：采集所述多相角形无刷励磁系统中的转子电枢电流；分析步骤：对所述转子电枢电流进行谐波特征分析，以确定是否有与极对数相关的分数次谐波成分；确定步骤：根据分析结果确定励磁绕组是否出现短路故障。优选地，所述分析步骤包括：将所采集的转子电枢电流分成两路；将其中一路转子电枢电流延时预设时间后，再与另一路转子电枢电流进行叠加，以获取所有与极对数相关的分数次谐波成分。优选地，所述将其中一路转子电枢电流延时预设时间，包括：将其中一路转子电枢电流延时1/(2f0)秒，其中，f0为所述额定频率。优选地，所述分析步骤包括：通过对所述转子电枢电流进行傅里叶分析来确定所述转子电枢电流中是否有与极对数相关的分数次谐波成分。优选地，所述确定步骤包括：计算所有与极对数相关的分数次谐波的有效值，并判断所述有效值是否大于阈值；若大于阈值，则确定励磁绕组出现短路故障。优选地，根据以下公式计算所有与极对数相关的分数次谐波的有效值：T＝P/f0；其中，ID为有效值，id为与极对数相关的分数次谐波电流，T为转子电枢电流的周期；P为所述极对数；f0为所述额定频率。本专利技术还构造一种多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置，包括：采集模块，用于采集所述多相角形无刷励磁系统中的转子电枢电流；分析模块，用于对所述转子电枢电流进行谐波特征分析，以确定是否有与极对数相关的分数次谐波成分；确定模块，用于根据分析结果确定励磁绕组是否出现短路故障。优选地，所述分析模块包括：延时单元，用于将所采集的转子电枢电流分成两路，并将其中一路转子电枢电流延时预设时间；加法单元，用于将延时后的转子电枢电流与另一路转子电枢电流进行叠加，以获取所有与极对数相关的分数次谐波成分。优选地，所述分析模块包括：傅里叶分析模块，用于通过对所述转子电枢电流进行傅里叶分析来确定所述转子电枢电流中是否有与极对数相关的分数次谐波成分。优选地，所述确定模块包括：计算单元，用于计算所有与极对数相关的分数次谐波的有效值；判断单元，用于判断所述有效值是否大于阈值，若是，则确定励磁绕组出现短路故障。本专利技术所提供的技术方案，通过对所采集的转子电枢电流进行谐波特征分析来确定是否有与极对数相关的分数次谐波成分，从而实现多相角形无刷励磁机的励磁绕组匝间短路故障的在线监测与保护，而且，该技术方案简单、有效、可靠性高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：图1是正常励磁绕组通正向电流时磁动势空间分布图；图2是故障励磁磁动势空间分布图；图3是短路匝绕组通反向电流时磁动势空间分布图；图4是本专利技术多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法实施例一的流程图；图5A为11相无刷励磁系统正常运行时的转子电枢电流波形图；图5B为11相无刷励磁系统在励磁绕组匝间短路故障时的转子电枢电流波形图；图6A为39相无刷励磁系统正常运行时的转子电枢电流波形图；图6B为39相无刷励磁系统在励磁绕组匝间短路故障时的转子电枢电流波形图；图7为本专利技术多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测装置实施例一的逻辑结构图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提出一种基于转子电枢电流谐波特征的多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，下面首先说明该技术方案的技术原理：多相角形无刷励磁机实质上是凸极同步电机，励磁绕组为集中式结构，正常运行情况下励磁磁动势在各级下分布相同，只在相邻极下由于绕向相反而相反，其在空间分布为矩形波，如图1所示，从而可得：其中，ffd为正常运行情况下励磁绕组下的分布磁动势，α为建立在定子上的坐标系，Nfd为励磁绕组的匝数，i'fd为励磁机正常运行时励磁绕组的正向电流。对式(1)进行傅里叶分析，得到：其中：P为励磁机极对数。由式2可知励磁磁动势仅含基波及3、5次等奇数次谐波成分，不含有分数次谐波成分，计算结果如表1所示：表1励磁绕组发生匝间短路故障后的励磁磁动势在各极下分布不再相同，将励磁绕组故障时的励磁磁动势看作正常励磁绕组通正向电流与短路匝绕组通反向电流时磁动势的合成，即f′fd＝ffd+Δffd，其中，f′fd表示故障励磁绕组产生的磁动势，如图2所示；ffd表示正常励磁绕组通正向电流的磁动势，如图1所示；Δffd表示短路匝绕组通反向电流的磁动势，如图3所示。从而可得：式中，ΔNfd为励磁短路绕组的匝数。对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，包括：/n采集步骤：采集所述多相角形无刷励磁系统中的转子电枢电流；/n分析步骤：对所述转子电枢电流进行谐波特征分析，以确定是否有与极对数相关的分数次谐波成分；/n确定步骤：根据分析结果确定励磁绕组是否出现短路故障。/n

【技术特征摘要】
1.一种多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，包括：
采集步骤：采集所述多相角形无刷励磁系统中的转子电枢电流；
分析步骤：对所述转子电枢电流进行谐波特征分析，以确定是否有与极对数相关的分数次谐波成分；
确定步骤：根据分析结果确定励磁绕组是否出现短路故障。


2.根据权利要求1所述的多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，所述分析步骤包括：
将所采集的转子电枢电流分成两路；
将其中一路转子电枢电流延时预设时间后，再与另一路转子电枢电流进行叠加，以获取所有与极对数相关的分数次谐波成分。


3.根据权利要求2所述的多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，所述将其中一路转子电枢电流延时预设时间，包括：
将其中一路转子电枢电流延时1/(2f0)秒，其中，f0为所述额定频率。


4.根据权利要求1所述的多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，所述分析步骤包括：
通过对所述转子电枢电流进行傅里叶分析来确定所述转子电枢电流中是否有与极对数相关的分数次谐波成分。


5.根据权利要求1-3任一项所述的多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，所述确定步骤包括：
计算所有与极对数相关的分数次谐波的有效值，并判断所述有效值是否大于阈值；
若大于阈值，则确定励磁绕组出现短路故障。


6.根据权利要求5所述的多相角形无刷励磁系统的励磁绕组短路故障检测方法，其特征在于，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘希志，李洪学，李文武，何鹏，任仰凯，屈天龙，韦玉榜，王晓明，段贤稳，郭立雄，魏利峰，房志强，徐文兵，钟浩文，郝亮亮，桂林，王祥珩，
申请(专利权)人：辽宁红沿河核电有限公司，广西防城港核电有限公司，大亚湾核电运营管理有限责任公司，岭澳核电有限公司，岭东核电有限公司，广东核电合营有限公司，中广核核电运营有限公司，阳江核电有限公司，福建宁德核电有限公司，北京交通大学，清华大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21