一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法及装置，通过采集调相机不同运行工况下的励磁电流，通过小波降噪以及小波包分解与重构提取特征值，构成特征向量输入径向基函数神经网络，获取到调相机转子绕组当前的故障状态。所述神经网络模型训练后包含励磁电流与匝间短路程度之间的非线性映射。本发明专利技术将现场采集数据与仿真数据相结合，弥补了样本数据不足的缺陷，在故障诊断中具有较高的精度和准确性。和准确性。和准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法及装置


[0001]本专利技术属于调相机故障诊断
，具体涉及一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，还涉及一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断装置。

技术介绍

[0002]随着新能源的并网与特高压直流输电的发展，电网对无功调节的要求也逐步提高，在这个电压等级越来越高的时期，系统整体的稳定性和安全性问题也日益突出。调相机是一种大型无功调节设备，其调节无功的能力都较强，在电力系统中可以加强电压的动态调节能力。例如在特高压变电站，调相机可以有效的避免电力系统电压突然提高，尤其在电网侧可以快速吸收大量由于换相失败而产生的无功功率，同时又能大量增加无功，加快故障后系统无功的恢复。因此，大型调相机是电力系统中调节无功的重要装置。
[0003]对于大型调相机来说，其励磁绕组匝间短路最初并非十分的严重，大多数情况下，仅是在绕组匝间有稍许的接触，然而这一情况是十分不平稳的。从某种程度来看，调相机的励磁绕组电流越来越大，无功功率不断下降，使轴承振动幅度不断加大。通常而言，励磁绕组匝间短路最开始时，发电机还是可以继续运行的，然而倘若工作条件不佳，比如在三相负荷不对称时，调相机如果持续工作，这时，使得在调相机中产生负序旋转磁场，导致出现匝间短路的转子绕组产生倍频电动势，使得回路得以形成。这样由于短路电流越来越大，短路点温度越来越高，绝缘老化越来越快，这一情况不断反复。因此没有被及时发现的这种轻微故障的调相机如果继续长期运行下去，最终会导致严重的故障。
[0004]调相机内部一旦出现较为严重的故障甚至宕机，尤其是当前大型调相机结构复杂，价格非常高，其故障会使电力系统的稳定性和安全性受到影响，造成巨大的经济损失和社会影响。针对调相机转子绕组匝间短路的相关判别方法还较少，且实验数据较少，因此需要一种对调相机转子绕组进行故障诊断的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，解决了常规电气量检测在调相机故障初期不能及时的鉴别出故障的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，包括：
[0007]获取待诊断调相机励磁电流信号；
[0008]从励磁电流信号中提取特征构成特征向量；
[0009]将特征向量输入预先通过径向基函数神经网络训练而构建成的故障诊断模型进行故障诊断，得到调相机转子绕组匝间短路故障程度。
[0010]进一步的，在获取励磁电流信号后，还包括：
[0011]对励磁电流信号进行降噪处理。
[0012]进一步的，所述对励磁电流信号进行降噪处理的过程为：
[0013]使用改进的小波阀值函数对励磁电流信号进行降噪，改进的小波阀值函数为：
[0014][0015]式中，w
j,k
表示去噪之前的小波分解系数，T表示阀值，N表示调节参数，变量a≥0，b≈1。
[0016]进一步的，所述从励磁电流信号中提取特征构成特征向量，包括：
[0017]对调相机励磁电流信号进行三层小波包分解，可以获取各层的分解波形；
[0018]将分解后的各频段的波形按小波包分解系数由低到高进行重构；
[0019]计算各个频段内的能量值；
[0020]将计算所得各能量值进行归一化处理；
[0021]将归一化后的能量值形成特征向量。
[0022]进一步的，所述计算各个频段内的能量值，包括：
[0023]能量值计算公式如下：
[0024][0025]式中，S
ij
表示重构信号，x
jk
表示S
ij
的各个离散点幅值，下标i表示第i层，j表示第j个节点，k表示离散点的编号，k＝1,2,
…
,n，n为离散点的数量。
[0026]进一步的，所述故障诊断模型的构建过程包括：
[0027]获取调相机正常运行以及转子绕组处于不同匝间短路程度时的励磁电流信号；
[0028]从励磁电流信号中提取特征构成特征向量；
[0029]将特征向量输入径向基函数神经网络进行训练，得到故障诊断模型。
[0030]进一步的，所述励磁电流信号从现场采集或利用调相机数学模型进行仿真得到。
[0031]进一步的，所述仿真的过程为：
[0032]1)根据调相机设备资料确定调相机基本电气参数；
[0033]2)根据基本电气参数构造电感系数矩阵：
[0034][0035][0036]式中，L矩阵表示磁通电感系数矩阵，G矩阵表示磁链电感系数矩阵，L
d
＝L
md
+L1，L
q
＝L
mq
+L1，L
fd
＝L
1fd
+L
md
，L
kd
＝L
1kd
+L
md
，L
kq
＝L
1kq
+L
mq
，M
afd0
＝L
md
，M
akd0
＝L
md
，M
akq0
＝L
mq
，其中，L1，L
md
，L
mq
，L
1fd
，L
1kd
，L
1kq
均为调相机已知参数；
[0037]构造电阻矩阵：
[0038][0039]式中，r表示定子电阻，R
fd
表示励磁绕组电阻，R
kd
表示阻尼绕组直轴电阻，R
kq
表示阻尼绕组交轴电阻；
[0040]3)在dq0坐标系下将电压值构造电压向量，设置时间范围与电压初值；
[0041]4)建立电压过程微分方程：
[0042][0043]式中，为微分算子，y为励磁电流，U
dq0
为电压向量，ω为转子绕组匝数；
[0044]5)利用MATLAB中可变阶数的多步算法ode113求解微分方程，得到励磁电流波形变化曲线。
[0045]进一步的，在获取励磁电流信号后，还包括：
[0046]对励磁电流信号进行降噪处理。
[0047]相应的，本专利技术还提供了一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断装置，包括：
[0048]信号采集模块，用于获取待诊断调相机励磁电流信号；
[0049]特征提取模块，用于从励磁电流信号中提取特征构成特征向量；
[0050]故障诊断模块，用于将特征向量输入预先通过径向基函数神经网络训练而构建成的故障诊断模型进行故障诊断，得到调相机转子绕组匝间短路故障程度。
[0051]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：针对调相机故障数据少，本专利技术可以通过仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，其特征是，包括：获取待诊断调相机励磁电流信号；从励磁电流信号中提取特征构成特征向量；将特征向量输入预先通过径向基函数神经网络训练而构建成的故障诊断模型进行故障诊断，得到调相机转子绕组匝间短路故障程度。2.根据权利要求1所述的一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，其特征是，在获取励磁电流信号后，还包括：对励磁电流信号进行降噪处理。3.根据权利要求2所述的一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，其特征是，所述对励磁电流信号进行降噪处理的过程为：使用改进的小波阀值函数对励磁电流信号进行降噪，改进的小波阀值函数为：式中，w
j,k
表示去噪之前的小波分解系数，T表示阀值，N表示调节参数，变量4.根据权利要求1所述的一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，其特征是，所述从励磁电流信号中提取特征构成特征向量，包括：对调相机励磁电流信号进行三层小波包分解，可以获取各层的分解波形；将分解后的各频段的波形按小波包分解系数由低到高进行重构；计算各个频段内的能量值；将计算所得各能量值进行归一化处理；将归一化后的能量值形成特征向量。5.根据权利要求4所述的一种调相机转子绕组匝间短路的故障诊断方法，其特征是，所述计算各个频段内的能量值，包括：能量值计算公式如下：式中，S
ij
表示重构信号，x
jk
表示S
ij
的各个离散点幅值，下标i表示第i层，j表示第j个节点，k表示离散点的编号，k＝1,2,
…
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔚超，林元棣，谢天喜，许建刚，李建生，陆云才，吴鹏，孙磊，张玉良，马宏忠，蒋梦瑶，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网江苏省电力有限公司河海大学江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：