一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测系统和方法，该系统包括与水轮发电机组稳定性监测分析系统连接的数据采集器；处理器，处理器进行水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测，判断目标磁极绕组匝间是否短路。本发明专利技术不需要机组停机，能够及时发现转子绕组匝间短路故障，准确定位故障磁极位置，易于推广应用，对水轮发电机组的安全稳定运行具有重要意义。要意义。要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法和系统


[0001]本专利技术属于水轮发电机组故障检测领域，具体涉及一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法和系统。

技术介绍

[0002]当水轮发电机转子某磁极的绕组发生匝间短路后，该磁极绕组有效匝数减少，产生的励磁磁势明显小于正常磁极，造成转子故障侧单边磁拉力下降，产生不平衡磁拉力，引起水轮发电机组的振动。同时，转子绕组在匝间短路状态下长期运行，可能会导致转子线圈一点或两点接地故障，引发严重事故。目前检测水轮发电机转子绕组匝间短路主要采用离线检测方法。在机组停机期间，对转子各磁极的绕组逐一测试，测量各磁极绕组的直流电阻和交流阻抗。水轮发电机转子通常磁极数目众多，逐一检测耗时较长，增加了机组的停运时间。

技术实现思路

[0003]为了解决上述问题，本专利技术提供一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法和系统，不需要机组停机，能够及时发现转子绕组匝间短路故障，准确定位故障磁极位置。易于推广应用，对水轮发电机组的安全稳定运行具有重要意义。
[0004]本专利技术的目的是为了及时发现转子绕组匝间短路故障，该方法通过检测定子机座水平振动数据的异常增大，准确定位故障磁极位置。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，包括如下步骤：
[0007]步骤(1)定义转子极坐标系；定义磁极编号；
[0008]步骤(2)判断定子机座水平振动数据是否异常；
>[0009]步骤(3)核对磁极编号与定子机座水平振动传感器安装位置对应正确；
[0010]步骤(4)导出增大前的定子机座水平振动一个方向波形数据，选择其中1个振动周期数据，记为数据x1[n]；用同样的方法导出增大后的定子机座水平振动同一方向波形数据，选择其中1个振动周期数据，记为数据x2[n]；
[0011]按下式计算定子机座水平振动变化量波形数据Δx[n]：
[0012]Δx[n]＝x2[n]‑
x1[n](1≤n≤256)
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(1)；
[0013]以数据序号为横坐标、振动幅值为纵坐标，绘制定子机座水平振动变化量波形图；
[0014]步骤(5)计算定子机座水平振动变化量波形数据Δx[n]的离散傅里叶变换X[k]；
[0015]步骤(6)应用傅里叶逆变换将256点波形数据Δx[n]变为M点波形数据θ[m]，其中，1≤m≤M，M为磁极个数；以数据序号为横坐标、振动幅值为纵坐标，绘制定子机座水平振动变化量波形图；
[0016]步骤(7)找出波形数据θ[m]的最大值，即波峰位置，波峰位置所对应的磁极编号即为目标磁极编号；查询目标磁极气隙数据，在发电机定子机座水平振动呈持续上升期间，目
标磁极气隙数据变化范围在0.2mm以内，保持稳定；
[0017]排除发电机气隙不均匀的影响因素，判断目标磁极绕组匝间短路。
[0018]作为优选，步骤(1)中，定义转子极坐标系，以转子圆心为极点，转子半径为极轴，转子引线位置为零度，俯视逆时针方向为正角度；
[0019]定义磁极编号，以转子引线位置为起始位置，沿俯视逆时针方向依次对转子磁极进行编号，转子引线后第一个磁极为1号磁极。
[0020]作为优选，步骤(2)中，定子机座水平振动数据包括+X向和
‑
Y向，两个方向的数据都能进行判断；当定子机座水平振动幅值增大10％，并有持续增大趋势，可判断为定子机座水平振动数据异常。
[0021]作为优选，步骤(3)具体为：当转子旋转至键相传感器起始位置时，最后一个磁极和第一个磁极中间位置对应定子机座水平振动+X向传感器安装位置。
[0022]作为优选，步骤(5)中，计算定子机座水平振动变化量波形数据Δx[n]的离散傅里叶变换X[k]，公式为：
[0023][0024]式中，DFT代表离散傅里叶变换，exp()代表e为底数的指数函数；其中，1≤k≤3，1≤n≤256。
[0025]作为优选，步骤(6)中，按下式进行变换：
[0026][0027]式中，IDFT代表离散傅里叶逆变换，exp()代表e为底数的指数函数。
[0028]另一方面，本专利技术还涉及一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测系统，与水轮发电机组稳定性监测分析系统连接的数据采集器；
[0029]处理器，处理器按上述的方法进行水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测，判断目标磁极绕组匝间是否短路。
[0030]本专利技术还涉及一种计算机系统，包括存储器、处理器以及在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0031]本专利技术还涉及一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0032]发电机运行时，如果定、转子间磁拉力在圆周上分布不均，将导致定子机座水平振动。造成磁拉力分布不均的原因主要有发电机气隙不均匀和转子磁极磁势偏差。当水轮发电机转子某磁极的绕组发生匝间短路后，产生的励磁磁势明显小于正常磁极，将产生不平衡磁拉力作用在定子上，导致定子机座水平振动。
[0033]当定子机座水平振动的异常增大，排除发电机气隙不均匀的因素后，可以判断导致定子机座水平振动异常增大的原因为转子绕组匝间短路。对定子机座水平振动波形数据进行计算处理，保留由转子绕组匝间短路引起波形信号。运用离散傅里叶正变换(DFT)及逆变换(IDFT)公式对定子机座水平振动波形数据进行计算，确定振动波形相位与磁极位置的对应关系，从众多磁极中准确定位出故障磁极的位置。
[0034]与现有技术相比，本专利技术有益效果为：
[0035]现有的技术手段对水轮发电机转子匝间短路的检测只能采用离线的方法，对转子各磁极的绕组逐个测试，测量各磁极绕组的直流电阻和交流阻抗。由于磁极数量众多，检测过程耗时较长，且只能在机组停机后进行检测，不能及时准确地发现转子匝间短路故障。
[0036]本专利技术不需要机组停机，采集现有系统中的定子机座水平振动数据，通过计算提取由转子绕组匝间短路引起的波形信号，能够及时发现转子绕组匝间短路故障。我们发现，运用离散傅里叶正变换及逆变换公式对定子机座水平振动波形数据进行计算，确定振动波形相位与磁极位置的对应关系，从众多磁极中准确定位出故障磁极的位置。
[0037]本专利技术易于推广应用，对水轮发电机组的安全稳定运行具有重要意义。
附图说明
[0038]图1是本专利技术实施例的系统框图；
[0039]图2是本专利技术实施例的256个点的定子机座水平振动变化量波形图；
[0040]图3是本专利技术实施例的40个点的定子机座水平振动变化量波形图。
具体实施方式
[0041]下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)定义转子极坐标系；定义磁极编号；步骤(2)判断定子机座水平振动数据是否异常；步骤(3)核对磁极编号与定子机座水平振动传感器安装位置对应正确；步骤(4)导出增大前的定子机座水平振动一个方向波形数据，选择其中1个振动周期数据，记为数据x1[n]；用同样的方法导出增大后的定子机座水平振动同一方向波形数据，选择其中1个振动周期数据，记为数据x2[n]；按下式计算定子机座水平振动变化量波形数据Δx[n]：Δx[n]＝x2[n]
‑
x1[n](1≤n≤256)
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(1)；以数据序号为横坐标、振动幅值为纵坐标，绘制定子机座水平振动变化量波形图；步骤(5)计算定子机座水平振动变化量波形数据Δx[n]的离散傅里叶变换X[k]；步骤(6)应用傅里叶逆变换将256点波形数据Δx[n]变为M点波形数据θ[m]，其中，1≤m≤M，M为磁极个数；以数据序号为横坐标、振动幅值为纵坐标，绘制定子机座水平振动变化量波形图；步骤(7)找出波形数据θ[m]的最大值，即波峰位置，波峰位置所对应的磁极编号即为目标磁极编号；查询目标磁极气隙数据，在发电机定子机座水平振动呈持续上升期间，目标磁极气隙数据变化范围在0.2mm以内，保持稳定；排除发电机气隙不均匀的影响因素，判断目标磁极绕组匝间短路。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，定义转子极坐标系，以转子圆心为极点，转子半径为极轴，转子引线位置为零度，俯视逆时针方向为正角度；定义磁极编号，以转子引线位置为起始位置，沿俯视逆时针方向依次对转子磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光勇，徐德新，叶超，罗志明，蔡朝东，周天华，徐文冰，杨冬，赵海峰，钟新元，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：