CN102809727A - 一种基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法 - Google Patents

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王圣
张征平
李鑫
彭发东
庞小峰
柯春俊
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Abstract

一种基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法：S1建立频响分析模型：无源线性双口网络，在双口网络的输入端和输出端之间并联有N个单位长度的对地分布电容C；S2依次输入不同频率的正弦波电压信号Vs：S3通过数字化记录双口网络两端的对地电压信号Vi(n)和Vo(n)；S4得传递函数H(n)=20log[Vo(n)/Vi(n)]；S5将频率响应根据频率描绘成曲线,计算前后两次所测得的频率响应曲线之间的相关系数，如果其相关系数小于1，则说明该发电机转子绕组存在匝间短路。本发明可提高发电机转子匝间短故障判断的准确性，提高发电机运行的可靠性。

Description

一种基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法
技术领域
本发明涉及一种电力设备的故障检测方法，尤其涉及一种基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法。
背景技术
随着国民经济的迅速增长，电力系统正朝着超高压大容量多机互联系统的方向发展，300MW、600MW及以上容量的大型发电机已成为我国电网的主力机组。作为电力系统的心脏—发电机，随着单机容量的不断增大，运行可靠性显得尤为重要和突出。而在大型汽轮发电机组的各个组成部分中，转子处于高速旋转状态，承受着巨大的机械应力和热负荷，当转子绕组发生匝间短路时，转子电流增大、绕组温度升高、限制电机的无功功率；严重时还会引起机组的振动增大，造成大轴磁化、烧坏发动机转予乃至被迫停机。因此，对发电机转子动态匝间短路的及时发现和诊断是极其重要的。
国内外对发电机转子匝间短路故障的检测方法均进行了比较广泛的研究。也提出了一些分析检测的方法，比如传统的微分线圈动测法，将探测线圈装在定子铁芯的空气隙表面，检测气隙中磁场的变化，通过检测波形的分析从而分析匝间短路的故障。但在发电机带负载条件下，由于电枢反应使得探测效果不明显，且由于现场检测干扰较大，致使检测准确度也较低。而其他如电压降法、开口变压器法、交流阻抗及功率损耗分析法、直阻测量、空载及短路特性试验等方法准确度及灵敏度均不高，无法直接做为匝间短路故障的判断依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种检测准确度较高的基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法。
解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法，包括以下步骤：
S1 建立频响分析模型
在较高频率的电压作用下，发电机转子绕组可视为一个无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数H(jω)描述，设：L、K及C分别代表绕组单位长度的分布电感、分布电容及对地分布电容，V1、V2分别为无源线性双口网络的输入端电压和输出端电压，VS为正弦波激励信号源电压，RS为信号源输出阻抗，R为匹配电阻；
无源线性双口网络内部的电路结构为：在双口网络的输入端和输出端之间并联有N个单位长度的对地分布电容C,所述的相邻对地分布电容C的同一端之间为并联的单位长度的分布电感L、分布电容K；
S2 在无源线性双口网络的输入端依次输入不同频率的正弦波电压信号Vs：
S3 通过数字化记录设备检测记录不同频率下无源线性双口网络两端的对地电压信号Vi(n)和Vo(n)；
S4 从而根据公式求得被测变压器绕组的传递函数H(n):
H(n)=20log[Vo(n)/Vi(n)]
S5 若绕组发生匝间短路，绕组内部的分布电感参数必然改变，导致其无源线性双口网络传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化；将频率响应根据频率描绘成曲线,计算同一发电机转子绕组前后两次所测得的频率响应曲线之间的相关系数，如果其相关系数小于1，则说明该发电机转子绕组存在匝间短路。
有益效果：本发明的基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法，结合不同形式及位置的转子匝间短路故障的特征，进行时频域分析、相关性分析及横纵向比较等方法的研究，综合发电机运行工况，进行综合诊断，开发出有专利技术的故障诊断系统，从而提高发电机转子匝间短故障判断的准确性，有效地判断发电机转子匝间短路的情况，降低发电机的类似故障发生概率和风险，提高发电机运行的可靠性，确保设备的安全运行。
附图说明
图1为频率响应分析法检测发电机转子绕组匝间短路故障原理图；
图2为频率响应分析法检测发电机转子绕组匝间短路故障接线图。
①输入端    ②扫频信号源    ③发电机转子绕组    ④输出端
⑤频率响应测试仪    ⑥笔记本电脑。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明的基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法实施例，包括以下步骤：
S1建立频响分析模型
在较高频率的电压作用下，发电机转子绕组可视为一个无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数H(jω)描述，设：L、K及C分别代表绕组单位长度的分布电感、分布电容及对地分布电容，V1、V2分别为无源线性双口网络的输入端电压和输出端电压，VS为正弦波激励信号源电压，RS为信号源输出阻抗，R为匹配电阻；
无源线性双口网络内部的电路结构为：在双口网络的输入端和输出端之间并联有N个单位长度的对地分布电容C,所述的相邻对地分布电容C的同一端之间为并联的单位长度的分布电感L、分布电容K；
S2在无源线性双口网络的输入端依次输入不同频率的正弦波电压信号Vs：
S3通过数字化记录设备检测记录不同频率下无源线性双口网络两端的对地电压信号Vi(n)和Vo(n)；
S4从而得到被测变压器绕组的传递函数H(n):
H(n)=20log[Vo(n)/Vi(n)]
S5若绕组发生匝间短路，绕组内部的分布电感参数必然改变，导致其无源线性双口网络传递函数H(jω)的零点和极点发生变化，使网络的频率响应特性发生变化；将频率响应根据频率描绘成曲线来判断发电机转子绕组是否存在匝间短路，如果同一发电机转子绕组前后两次所测得的频率响应曲线有差异，则说明发电机转子绕组可能发生了匝间短路故障。
具体做法：将发电机转子绕组③的一端作为输入端①，在输入端输入扫频电压信号Vs②（依次输入不同频率的正弦波电压信号），通过频率响应测试仪⑤同时检测不同扫描频率下绕组输入端及输出端④的对地电压信号Vi(n)和Vo(n)，并进行相应的处理，最终得到被测变压器绕组的传递函数H(n):
H(n)=20log[Vo(n)/Vi(n)]
利用与频率响应测试仪相联的笔记本电脑⑥，可将频率响应根据频率描绘成曲线，再与该发电机转子绕组的历史测量曲线作比较，从而直观地判断出发电机转子绕组是否发生了匝间短路。

Claims (1)

1.一种基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法，包括以下步骤：
S1建立频响分析模型
在较高频率的电压作用下，发电机转子绕组可视为一个无源线性双口网络，其内部特性可通过传递函数H(jω)描述；设：L、K及C分别代表绕组单位长度的分布电感、分布电容及对地分布电容，V1、V2分别为无源线性双口网络的输入端电压和输出端电压，VS为正弦波激励信号源电压，RS为信号源输出阻抗，R为匹配电阻；
无源线性双口网络内部的电路结构为：在双口网络的输入端和输出端之间并联有N个单位长度的对地分布电容C,所述的相邻对地分布电容C的同一端之间为并联的单位长度的分布电感L、分布电容K；
S2在无源线性双口网络的输入端依次输入不同频率的正弦波电压信号Vs：
S3通过数字化记录设备检测记录不同频率下无源线性双口网络两端的对地电压信号Vi(n)和Vo(n)；
S4根据公式求被测变压器绕组的传递函数H(n):
H(n)=20log[Vo(n)/Vi(n)]
S5将频率响应根据频率描绘成曲线,计算同一发电机转子绕组前后两次所测得的频率响应曲线之间的相关系数，如果其相关系数小于1，则说明该发电机转子绕组存在匝间短路。
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