CN103782509B

CN103782509B - 用于检测同步发电机内部绕组故障的系统、计算机程序产品和方法

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Publication number: CN103782509B
Application number: CN201180071923.0A
Authority: CN
Inventors: Z·加吉克; M·伊布拉希姆; A·马里诺普洛斯; P·罗德里格斯; 王建平; 王立伟
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2031-07-04
Also published as: EP2730023B1; US8823307B2; EP2730023A1; WO2013004285A1; RU2563964C2; RU2014103627A; US20140117912A1; CN103782509A

Abstract

一种用于监视包括检测同步发电机（1）的内部绕组故障特别是匝间故障并因此保护同步发电机（1）的系统、方法和计算机程序产品。同步发电机（1）包括用于电网（3）每一相（a‑c）的绕组（20、23、26），每相（a‑c）的端子（5a‑c）布置在同步发电机（1）的端子侧（4），并且连接到各自的绕组，端子侧（4）上的端子（5a‑c）连接到电网（3），而且同步发电机（1）被布置为借助于端子（5）向电网（3）输入功率。该方法包括测量（301、501）至少每个端子中的每相的电压（V_a、V_b、V_c）和端子处的每相的电流（I_a、I_b、I_c），确定（302、305、306、502‑506）同步发电机的任一相是否遭受内部故障。所述确定包括：将所测量的相电流（I_a、I_b、I_c）和所测量的相电压（V_a、V_b、V_c）分别转换（302、502）为对称序电流（I₁、I₂、I₀）和对称序电压（V₁、V₂、V₀）。该方法进一步包括监视（305、505）以下变量中的至少一个变量：负序残余电压（ΔV₂）；零序残余电压（ΔV₀）；负序耦合阻抗（Z_2C）；零序耦合阻抗（Z_0C）；其中变量的每个变量从对称序分量（I₁、I₂、I₀、V₂、V₀）和至少一个发电机特定阻抗（Z₀₀、Z₂₂）来计算，以及根据所计算的至少一个残余电压（ΔV₀、ΔV₂）或耦合阻抗（Z_0C、Z_2C）确定（306、504、506）同步发电机是否遭受绕组故障。检测系统包括测量电路（40），其设置成用于测量端子相电压（V_a、V_b、V_c）和端子相电流（I_a、I_b、I_c）的测量结果；数学转换提供器（42），用于将每个相电压（V_a、V_b、V_c）转换为对称序电压分量（U₁、U₂、U₀），将每个相电流（I_a、I_b、I_c）转换为对称序电流分量（I₁、I₂、I₀）；以及绕组故障确定器（44），其适配用于从电压和电流的负序分量（U₂、I₂）或零序分量（U₀、I₀），检测同步发电机的内部绕组故障。

Description

用于检测同步发电机内部绕组故障的系统、计算机程序产品和方法

技术领域

本发明涉及用于同步发电机故障检测和保护的系统。具体地说，其涉及检测同步发电机的绕组故障，例如用于水电厂、热电厂或核电厂的大功率同步发电机。

背景技术

在发电厂实现高可靠性的重要因素是为发电机，诸如水电厂或核电厂中的大功率发电机，提供状况监控系统，以便在早期阶段检测故障。本发明的目的是提供一种改进的诊断、检测和保护方法，能够检测和识别同步发电机中的绕组故障，尤其是同步发电机的匝间故障。发电机的这种内部短路故障如果没有被发现并处理，可能引起严重损坏。为了检测匝间故障，已经使用过几种方法，包扩横向差动保护和谐波签名分析。

所述横向差动保护是一种广泛使用的方法，且为同步发电机匝间故障保护提供了良好的灵敏度和可靠性。该方法利用每一相中定子绕组支路之间的不平衡或差动电流来指示匝间故障的存在。对于受监视的每个绕组，通过每一相的每个支路的绕组的电流在绕组的两端受到测量。在每个绕组的每一端具有诸如电流互感器(CT)的专用测量装置，需要许多测量装置，因此增加了这种类型保护的总成本。有时，由于制造偏好，同步发电机定子绕组支路被放在机器内部，而且对于互感器的安装是不可接入的，并因此限制了该方法的使用。

US7,528,611(D1)描述了一种用于检测带有并联绕组的发电机中的绕组故障，尤其是并联绕组之间的匝间故障的方法和系统。该系统包括电流互感器24、26、28、30、32和34排列在发电机端子侧上，每一相有两个支路，对于每个线圈支路(D1的图1)有一个电流互感器。所述电流互感器布置用来感测每相的线圈之间的差异，并且为每一相输出分相电流信号(摘要，第5栏第60行-第6栏第2行)。分相电流信号被供应给基于微处理器的继电器(38)，该继电器适配用于检测匝间短路故障并输出报警或跳闸信号(第6栏，第5-14行)。D1的系统使用比常规横向差动保护更少的电流互感器，尤其是D1的系统不在发电机的中性侧使用电流互感器。D1的系统需要在每一相的每一个线圈上使用一个电流互感器。在实践中，通常难以接入线圈以便安装电流互感器。

谐波特征分析方法利用同步发电机电压或电流的谐波频谱来检测定子匝间的故障。当定子匝间故障发生时，一些特征谐波分量就会出现在所述定子和转子电流的谐波频谱里作为匝间故障的签名。然而，诸如转换器或整流器的在电网中使用的电力电子设备，外部电网的系统扰动和不平衡运行也可能诱导谐波，这会影响签名，并因此也降低了该方法的可靠性。

US7,592,772描述了使用一种具有用于测量转子磁场绕组电流的转子搜寻线圈进行谐波分析的匝间故障检测。所述搜寻线圈被布置在转子的磁场绕组上。在工业安装中，经常难以或无法安装这样的搜寻线圈。而且，当频率变化时，也使谐波分量不能被精确测量。本发明提供了一种对转子电流的这种测量和分析的替代方案。

文章“A Robust On-Line Turn Fault Detection Technique for InductionMachines Based on Monitoring the Sequence Component Impedance Matrix”描述了一种基于对称的序分量阻抗矩阵的感应电动机的匝间故障检测。对称序阻抗的非对角线元素的变化指示发生了匝间故障。为了获得检测算法的数据和参数，该方法包括学习阶段，其中包括几个有意的不平衡操作。参见文章:“S.Lee，R.Tallam，T.Habetler，IEEE Transactionon Power Electronics，“A robust on-line turn fault detection technique forinduction machines based on monitoring the sequence component impedancematrix”，2003年第18卷第3期”。

这种不平衡的学习阶段对于应用在正常运行期间的大功率同步发电机上是不实际的。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测绕组故障，特别是匝间绕组故障的方法，这种方法使用简单，并仍然可靠。本发明提供了一种用于检测同步发电机绕组的绕组故障的方法和系统，所述同步发电机包括具有绕组的定子和用于机器电流的端子，以及布置成在定子中转动的转子。通过检测和识别绕组故障，尤其是匝间故障，从而在匝间故障的情况下发出跳闸命令以断开发电机，因此，有利于防止故障发电机和发电机的修理。

针对这些目的，本发明提供了一种检测同步发电机内部故障的方法，其中，所述同步发电机包括用于电网每一相的绕组，针对每相至少一个端子布置在同步发电机的端子侧，并且所述端子连接到各自的绕组，端子侧上的端子连接到电力网络，而且同步发电机被布置成借助于端子向电网输入功率。所述同步发电机优选是其中每个绕组包括至少两个绕组支路的发电机。该方法包括测量所述至少每一个端子处的每一相的电压(V_a、V_b、V_c)和所述至少每一个端子处的每一相的电流(I_a、I_b、I_c)，确定同步发电机的任意一相是否遭受匝间故障。所述确定包括：将所测得的相电流(I_a、I_b、I_c)和所测得的相电压(V_a、V_b、V_c)分别转换为对称序电流(I₁、I₂、I₀)和对称序电压(V₁、V₂、V₀)；监视以下四个变量中的至少一个：(i)负序残余电压(ΔV₂)；(ii)零序残余电压(ΔV₀)；(iii)负序耦合阻抗(Z_2C)以及(iv)零序耦合阻抗(Z_0C)；其中变量中的每一个变量根据对称序分量(I₁、I₂、I₀、V₂、V₀)和至少一个发电机特定阻抗(Z₀₀、Z₂₂)来计算，以及从所计算的至少一个残余电压(ΔV₀、ΔV₂)或耦合阻抗(Z_0C、Z_2C)来判断同步发电机是否遭受绕组故障。

在优选实施例中，该方法包括根据确定同步发电机遭受内部故障即保护同步发电机，这种保护包括以下步骤中的至少一个步骤：为运行人员显示匝间故障的可视指示；利用听觉警报警告运行人员；使同步发电机断路器跳闸，以将发电机从电力网络中断开，使励磁电路AC侧磁场断路器跳闸，以移除转子磁场电压，并使发电机的涡轮机跳闸。

在实施例中，所述负序残余电压(ΔV₂)借助于负序电压(V₂)、负序电流(I₂)和负序自阻抗(Z₂₂)得以监视；零序残余电压(ΔV₀)借助于零序电压(V₀)、零序电流(I₀)和零序自阻抗(Z₀₀)得以监视；所述负序(到正序)的耦合阻抗(Z_2C)借助于通过所述负序电压(V₂)、负序电流(I₂)、正序电流(I₁)和负序自阻抗(Z₂₂)得以监视；和/或零序(到正序)的耦合阻抗(Z_0C)借助于零序电压(V₀)、零序电流(I₀)、正序电流(I₁)和零序自阻抗(Z₀₀)得以监视。

在实施例中，该方法包括确定负序电流关于至少一相(a、b、c)的正序电流的角度的方向角，并且根据确定该角度为大约180度、60度或负60度来推断内部故障是匝间故障。

优选地，该方法包括根据角度识别哪一相(a、b、c)遭受匝间故障，其中180度表示与测量相同的相(A)，负60度表示后一相(B)，60度表示前一相(C)。

所述方法在同步发电器运行期间执行。

通常，同步发电机三相在结构上是对称的。本发明主要旨在用于对称的同步发电机。在正常条件下，同步发电机三相定子电流是良好平衡和对称的。因此，定子电压和电流的对称分量分析给出正序分量而没有或具有非常少量的负序和零序分量。

在内部绕组故障的状况时，诸如匝间故障，由于同步发电机中内部不平衡所以定子端三相电流是不对称的。因此，同步发电机端子中出现负序电压和电流并且能够被检测到。

本发明还提供了一种用于检测和防止同步发电机内部绕组故障的系统。该检测系统被提供用于检测同步发电机内部绕组的故障，而同步发电机包括用于电网每一相的绕组、设置在同步发电机端子侧的用于每一相的端子，并且所述端子连接到相应绕组，在端子侧上的端子连接到电力网络，并且同步发电机被布置成借助于端子向电力网络输入功率。优选地，检测系统被布置用于检测具有绕组的发电机中的绕组故障，其中每个绕组包括至少两个绕组支路。检测系统包括输入测量电路，其包括A/D转换器，所述输入测量电路设置为用于测量所述端子相电压和端子相电流的模拟值，被适配用于电流和电压测量装置的次级侧，从布置在同步发电机端子处的电压测量装置和电流测量装置获得测量结果。所述检测和保护系统进一步包括数学转换提供器，用于将相电压转换成对称序电压分量，把相电流转换为对称序电流分量，以及绕组故障确定器，所述绕组故障确定器适配用于从电压和电流的负序分量以及优选还有零序分量，来检测同步发电机中的内部绕组故障。

在实施例中，绕组故障确定器适配用于检测内部绕组的故障，这基于以下四个变量中的至少一个：(i)负序残余电压(ΔV₂)；(ii)零序残余电压(ΔV₀)；(iii)负序耦合阻抗(V_2C)；和(iv)零序耦合阻抗(Z_0C)。优选地，变量中的每个变量从对称序分量(I₁、I₂、I₀、V₂、V₀)和至少一个发电机特定阻抗(Z₀₀、Z₂₂)来计算。

在实施例中，所述负序残余电压(ΔV₂)从负序电压(V₂)、负序电流(I₂)和负序自阻抗(Z₂₂)来计算；零序残余电压(ΔV₀)从零序电压(V₀)、零序电流(I₀)和零序自阻抗(Z₀₀)来计算；负序耦合阻抗(Z_2C)从负序电压(V₂)、负序电流(I₂)、正序电流(I₁)和负序自阻抗(Z₂₂)来计算，以及零序耦合阻抗(Z_0C)通过零序电压(V₀)、零序电流(I₀)，正序电流(I₁)和零序自阻抗(Z₀₀)来计算。

在实施例中，系统进一步包括匝间故障确定器，所述匝间故障确定器适配用于通过分析至少一个负序电流关于同一相的对应的正序电流的方向角，来发现匝间故障,。

在实施例中，匝间故障确定器包括相位识别器，所述相位识别器适配用于通过分析负序电流的方向，来识别哪一相遭受匝间故障，尤其是其中180度表示受到测量的同一相位，60度表示后一相，负60度表示前一相。

在实施例中，系统包括对称性故障探测器，所述对称性故障探测器适配用于监视负序电压和负序电流的量，以及检测对称故障，包括使用以下准则中的至少一个：

-当负序电流超过第一小阈值(2-5％)，与此同时所述负序电压低于第二小阈值(0.5-2％)时，确定同步发电机遭受内部故障；

-当负序电流超过第三小阈值(2-5％)，与此同时所述负序电压高于第四小阈值(0.5-5％)时，诊断为对称性故障，或者同步发电机遭受内部故障或电网存在不平衡。

本发明使用定子端子侧电流和电压来确定对称序分量，诸如负序电流和电压、正序电流和电压、负序耦合阻抗和零序耦合阻抗，以便检测这些分量中的变化。本发明还优选适配用于检查转子电流变化，以提供匝间故障的检测。所给出的方法使用发电机定子中的端子侧的测量结果，以发现内部绕组故障，而且适配用于依赖借助于电流和电压测量装置为发电设备所提供的测量结果，所述电流和电压测量装置用于监视、检测所产生的功率，而不需要安装专门的故障发现电流测量装置。优选地，定子端子的所述监视，包括检测，与转子励磁机端子电流信号一起使用，并因此对于实施在发电机保护系统中是实际的，并且适合于工业应用。

本发明还提供了一种用于确定内部故障，尤其是同步发电机的匝间故障的计算机程序产品。计算机程序产品被提供用于保护同步发电机，该发电机包括用于电力网络的每一相的绕组，针对每一相有一个端子布置在同步发电机的端子侧，并且所述端子连接到各自的绕组，端子侧上的端子连接到电力网络，而且同步发电机被布置为借助于端子向电力网络输入功率。所述计算机程序产品，当其在从布置在同步发电机相端子处的测量装置接收电流(I_a、I_b、I_c)和电压(V_a、V_b、V_c)测量结果的计算机上运行时，所述计算机程序产品适配用于使所述计算机执行下述步骤：(i)分将所测量的相电流(I_a、I_b、I_c)和所测量的相电压(V_a、V_b、V_c)分别转换(302、502)为对称序电流(I₁、I₂、I₀)和对称序电压(V₁、V₂、V₀)；(ii)监视(305，505)下列变量中的至少一种：负序残余电压(ΔV₂)；零序残余电压(ΔV₀)；负序耦合阻抗(Z_2C)；零序耦合阻抗(Z_0C)；其中变量中的每个变量从对称序分量(I₁、I₂、I₀、V₂、V₀)和至少一个发电机特定阻抗(Z₀₀、Z₂₂)来计算，以及(iii)从所计算的至少一个残余电压(ΔV₀、ΔV₂)或耦合阻抗(Z_0C、Z_2C)，来确定(306、504、506)同步发电机是否遭受绕组故障。

在实施例中，负序残余电压(ΔV₂)通过负序电压(V₂)、负序电流(I₂)和负序自阻抗(Z₂₂)来监视；零序残余电压(ΔV₀)通过零序电压(V₀)、零序电流(I₀)和零序自阻抗(Z₀₀)来监视；负序耦合阻抗(Z_2C)通过负序电压(V₂)、负序电流(I₂)，正序电流(I₁)和负序自阻抗(Z₂₂)来监视；和/或零序耦合阻抗(Z_0C)通过零序电压(V₀)、零序电流(I₀)、正序电流(I₁)和零序自阻抗(Z₀₀)来监视。

在实施例中，该步骤包括确定至少一相(a、b、c)的负序电流关于正序电流的角度的方向角(α)，并且根据确定该角度(α)为大约180度，60度或负60度，推断该内部故障是匝间故障。

优选地，从所述角度(α)识别哪一相(a、b、c)遭受匝间故障，其中180度表示受测量的同一相位(a)、负60度表示后一相(b)，60度表示前一相(c)。

在实施例中，计算机程序产品还适配用于使所述计算机执行以下步骤的至少一个：(a)为运行人员显示匝间故障的可视指示，(b)为运行人员提供听觉的警告信号，(c)根据确定所述同步发电机遭受内部故障，提供跳闸信号用于使同步发电机从电力网络断开。

本发明提供的有用特征为：

(1)负序耦合阻抗(或残余电压)，其告知匝间故障引起的机器的内部不平衡的严重程度；

(2)负序电流相对于正序电流的方向，不仅揭示匝间故障还揭示故障相；以及

(3)从AC励磁机一侧所计算的转子电流AC分量，其还在匝间故障的情况下提供机器不平衡程度的测量。

附图说明

图1a图示了根据本发明的一种用于监视和保护同步发电机的系统。

图1b图示了用于转子电流的附加监视测量的系统部件。

图2图示了图1a的同步发电机的绕组细部。

图3图示了根据本发明的一种用于监视和保护同步发电机的方法。

图4图示了根据本发明的一种用于监视和保护同步发电机的控制器。

图5图示了根据本发明的另一种保护同步发电机的方法。

图6图示了故障期间负序电流的方向。

具体实施方式

图1a图示了一种用于保护同步发电机1的装置。同步发电机1被连接到电网3，诸如主要的国家电网3，并且被布置为生成并传送功率到电网3。所述同步发电机1具有中性侧2，其中所述同步发电机1的绕组以Y型耦合相互连接，并经由阻抗或者接地变压器接地。同步发电机还包括端子侧4，其中发电机的每一个绕组被连接到各自的导体5，每一相对应一个导体。同步发电机借助于诸如母线或电缆的导体5和断路器7连接到电网3，断路器7布置为将同步发电机1与电网3进行连接或断开连接。同步发电机是与三相电网3连接的三相同步发电机1，为每一相a、b、c布置一个导体5和一个断路器7。同步发电机1和电网3之间的连接还包括升压变压器装置9，从而使得发电机侧的低电压水平功率可以被转换为高电压水平功率，输送到电网3，以便进行可能的远距离电力传输。同步发电机1机械地耦合到涡轮机系统6，例如水力发电涡轮机，或从核反应堆或化石燃料锅炉中的蒸汽涡轮机。

装置还包括监视和保护系统10-17，所述监视和保护系统包括电流互感器10形式的电流测量装置10，以及电压互感器11形式的电压测量装置11，每一相分别对应一个10a-c及11a-c。每个测量装置10-11借助于次级电缆连接到保护单元12，并且布置并适配用于将电流和电压的测量结果传送至所述保护单元，所述测量装置被提供用于将每相电流(I_a、I_b、I_c)和每相电压(V_a、V_b、V_c)传送到保护单元12。进一步地，保护单元12可操作地通过次级电缆13连接到断路器7a-c，并布置为选择性地将跳闸命令传送至每个断路器7a-c，而且适配用于选择性地将同步发电机1与电网3进行连接或断开连接。保护单元12可操作地通过次级电缆(诸如17和36)连接到发电系统的其它部分，包括涡轮机6与转子励磁系统30，以选择性地将涡轮机6与转子励磁系统30进行连接或断开连接。保护单元12包括计算机硬件、显示屏14、警报系统15和通信系统，该通信系统将保护元件12与变电站自动化系统16进行连接，其中运行人员19在检测到故障时得到报警信号。检测和保护系统适配用于在同步发电机1的端子侧4处测量相电流和相电压。检测和保护系统适配用于分析测量结果并在检测到故障时采取动作，诸如在屏幕上可视地警告运行人员，通过扬声器听觉地警告运行人员，将发电机1从电网3跳闸，将涡轮机断开并将同步发电机的转子励磁系统断开。

本发明涉及检测和保护同步发电机的绕组故障，但也可能有利地包括其它类型的检测和保护装置，然而在此没有描述。因此，根据本发明，检测和保护系统10-17适配用于分析所测量的电流和电压以发现绕组故障，尤其是匝间故障，并且也通过在检测到这种故障时采取动作从而保护免受这种故障影响。通过施实本发明的绕组故障诊断方法和保护方法，检测和保护系统10-17可以适当地被结合至已有的同步发电机的发电机保护系统。这一实施方式可以由添加到现有保护系统中的计算机程序来实现，例如当如电流I0和电压11测量装置的硬件，保护单元12和诸如监视器14的输出，已被包括在系统中。

保护单元12也被连接到转子的转子励磁机电路30(信号连接18)，和同步发电机1的转子磁场绕组(32)。出于清楚的目的，励磁机电路(30)用“虚线”表示，但在图1b中做进一步的说明。保护单元12适配用于测量励磁机相d、e、f端子34的AC相电流，并包括用于从这些测量结果来检测匝间故障的器件。这一附加的检测将在下面参照图1b和图5进一步描述，所述图5示出了包括转子磁场绕组电流分析的方法步骤。

图2更详细地图示了同步发电机的绕组20、23、26，以及电流10和电压11测量装置的位置。同步发电机1包括每一相的两个绕组支路，即21、22、24、25、27、28，并且每一相布置有一个单独的电流测量装置10a、b、c和一个单独的电压测量装置11a、b、c。因此，在这种两个支路的情况下，对于每一相的绕组，电流测量装置10a-c测量来自所有绕组中的三个相电流I_a、I_b或I_c。

本发明可以被应用于每一相仅具有一个支路的同步发电机。本发明可以被应用于每一相具有三个或四个或更多支路的同步发电机。然而，该计算仅是基于端子电流和电压，例如三相电流和电压。不需要在每一个绕组支路上布置测量通过每一条支路绕组(或分相)的电流的电流互感器。

图3根据本发明图示了一种同步发电机的监视和保护方法。该方法开始于在同步发电机1的端子侧4处测量(步骤301)每一相电流I_a、I_b、I_c和每一相电压V_a、V_b、V_c。在步骤302，所测量的电流(I_a、I_b、I_c)和电压(V_a、V_b、V_c)被转换成它们所谓的对称序分量(I₁、I₂、I₀；V₁、V₂、V₀)，也称为基频分量。在无故障状态下，同步发电机对称地影响电网，而且正序分量(I₁、V₁)为非零，然而零序分量(I₀、V₀)和负序分量(I₂、V₂)为零。在下面的计算步骤305中，负序残余电压、零序残余电压、负序耦合阻抗和/或零序耦合阻抗得以确定。在诊断步骤306中，所确定的剩余(或多个剩余)和/或耦合阻抗(或多个阻抗)得到监视，并且如果任何或(多个)残余电压或(多个)耦合阻抗从零偏离了显著的量，残余电压或耦合阻抗为零即无故障的状态下，则发现了绕组故障。如果发现故障，则方法继续到步骤313并保护电源装置，即保护了发电机1和电网3。如果没有发现故障，则方法返回第一步，测量步骤301，并测量所有相电流和电压，并且随后再次执行以下步骤302、305和306。

图1b更详细地示出了图1a中转子励磁机电路30的部件。转子励磁机电路连接到转子磁场绕组并且适配用于向磁场绕组提供DC电流I_r。为此，转子励磁机电路30的端子34被布置用于将端子相电流d，e，f提供到励磁机电路30的整流器31。整流器31被提供用于将AC端子相电流I_d，I_e，I_f整流成为DC转子电流I_r。

图4更详细地示出了保护单元12，所述保护单元可以被实施在被称为智能电子设备(IED)的计算机硬件中。保护单元12包括模拟输入测量电路(包括A/D转换器)40，所述保护单元连接到电压11和电流10的测量装置，所述模拟输入测量电路40包括布置用于使测量信号数字化的A/D转换器，所述模拟输入测量电路40被布置并适配用于接收端子相电压(V_a、V_b、V_c)和电流(I_a、I_b、I_c)，即每个相电压和相电流的测量信号。保护单元12进一步包括用于评估相电流(I_a、I_b、I_c)和相电压(V_a、V_b、V_c)的数字化的测量结果的器件。保护单元12包括用于数学地处理测量结果的数学转换提供器42，并且适配用于将相电流(I_a、I_b、I_c)和相电压(V_a、V_b、V_c)转换成它们的对称序，或基频分量(I₁、I₂、I₀；V₁、V₂，V₀)；包括正序电压和电流(V₁、I₁)，负序电压和电流(V₂、I₂)，和零序电压和电流(V₀、I₀)。对称序分量继而被保护单元12使用，用于检测同步发电机1是否遭受内部绕组故障。

保护单元12进一步包括用于确定负序分量(V₂，I₂)是否指示存在对称性故障的对称性故障确定器44。这种对称性故障可以来源于同步发电机1的内部绕组故障和/或来源于外部电网3的不平衡故障。为了确定同步发电机1是否遭受内部故障，对称性故障确定器44适配用于分别监视负序电压(V₂)和电流(I₂)的量。对称性故障确定器44适配用于将大的负序电流(I₂)和负序电压(V₂)与阈值进行比较，以确定同步发电机1中是否存在内部绕组故障。如果负序电流和负序电压两者都低于它们各自的阈值，则对称性故障确定器44适配用于确定所述同步发电机是正常的。比较而言大的负序电流(I₂)与小的或者接近于零的负序电压(V₂)的结合，指示该同步发电机遭受内部故障。为了检测这种内部故障，对称性故障确定器44适配用于查验负序电压(V₂)是否低于第一阈值(例如，总电压V₁的0.5-2％的Δ1)，以及负序电流(I₂)是否高于第二阈值(例如总电流I₁的2-5％的Δ2)。

相对大的负序电压(V₂)与相对大的负序电流(I₂)的结合，指示有非对称性故障；所述不对称性故障可能是内部的或外部的。为了确定这种不对称性故障的存在，所述不对称性故障可以指示故障的同步发电机，但也可以是不平衡电网，对称性故障确定器44适配用于比较负序电压V₂并确定电压是否超过第三阈值(Δ3)，该阈值优选与第一电压阈值(Δ1)具有相同的幅值，并且第三电压阈值与第一阈值近似相同，例如为(正序电压的)1％。另外，对称性故障确定器44适配用于比较负序电流(I₂)是否高于第四阈值(Δ4)，该阈值优选为与第二阈值相同的幅值，例如正序电流的2-5％。如果对称性故障确定器44确定负序电压V₂大于第三阈值并且负序电流(I₂)大于第四阈值两者，其适配用于确定存在不对称性故障，并且保护单元12适配用于进一步调查不对称性故障是否为发电机1内部绕组的故障，或电网3的外部对称性故障。

出于确定同步发电机1是否遭受内部故障的目的，保护单元12包括用于检测同步发电机1的内部绕组故障的内部故障确定器46。内部故障确定器46适配用于使用端子相电流(I_a、I_b、I_c)和电压(V_a、V_b、V_c)的对称序分量(I₁、I₂、I₀；V₁、V₂、V₀)以及同步发电机1的阻抗特性一同，以确定该同步发电机是否遭受绕组故障。如参考图3部分描述的以及下面在“分析1”中将进行更多数学细节的描述，内部故障确定器46计算内部绕组故障的四个指示符中的至少一个，优选内部故障确定器46计算一个以上，优选两个指示符。内部故障确定器46适配用于计算耦合阻抗(负序耦合阻抗Z_2C和零序耦合阻抗Z_0C)，以及残余电压。因此，可替换地或者附加地，内部故障确定器46适配用于计算负序残余电压(ΔV₂)及零序剩余电压(ΔV₀)中的一个或两个。

此外，保护单元12被提供有匝间故障和相位确定器48，其用于确定匝间故障的存在以及同步发电机的哪一相遭受匝间故障。匝间故障和相位确定器48适配用于确定负序电流(I₂)和相应的正序电流(I₁)之间的角度(α)。该角度(α)指示匝间故障位于同步发电机1的哪一相绕组20、23、27中。这些计算在下文中的“分析2”中将进一步描述，并且在图6中图示。

发电系统通常被提供有相间差分故障保护功能。优选的是，本发明安装在已提供有相间故障保护的发电系统中，但保护单元12可以包括这样的特征，它是通过包括用于从端子相电流确定相间故障和/或相对地故障的相间故障检测器49而具有的特征。这种相间故障检测不是本发明的主要目的，并且因此在此不进一步描述。相间故障也会影响发电机的对称性，并且因此在采用本发明时需要处理或考虑这种故障。

保护单元12还设置有用于在检测故障时对同步发电机1和电力系统3进行保护的器件51-53。出于该目的，保护元件12包括断路器跳闸单元51，该断路器跳闸单元51可操作地连接到断路器7，该断路器7将同步发电机1连接到电网3。保护单元还包括视觉指示器52，该视觉指示器可操作地连接到显示器14，并且适配用于为运行人员输出指示故障的视觉指示，优选指示故障的类型，诸如绕组故障，举例而言，并且优选指示匝间故障以及匝间故障位于同步发电机的哪一相绕组中。保护单元12适配用于通过变电站自动化系统16在检测对应的故障时向运行人员19提供这样的视觉指示。保护单元12进一步包括连接到扬声器15的听觉报警输出53，用于当故障被确定时，向变电站自动化系统16的运行人员19发出警报。保护单元可以适当地为变电站自动化系统16的一部分，所述变电站自动化系统被提供用于控制包括涡轮机、发电机1、变压器9变电站以及到电网3的连接的整个发电设备。

保护单元12还提供了用于确定匝间故障的附加器件，所述附加器件监视同步发电机的转子电流。为此，保护元件12包括被设置并适配用于接收转子励磁机端子34相电流I_d、I_e、I_f的AC电流测量结果的测量电路(图4中的60)。保护单元12还包括计算器62，所述计算器适配用于从励磁机相端子电流(I_d、I_e、I_f)来计算转子的磁场绕组电流(I_r)。保护单元进一步包括附加的匝间故障检测器，所述附加的匝间故障检测器适配用于从所计算的转子磁场绕组电流(I_r)来诊断匝间故障。所述的计算将在下文的“分析3”部分中描述。

图5图示了根据本发明的用于检测和保护免受同步发电机内部绕组故障影响，尤其是匝间故障方法的另一实施例。该方法开始于测量(步骤501)定子的端子相电压(V_a、V_b、V_c)和电流(I_a、I_b、I_c)。该测量还包括测量转子励磁电路30的AC侧端子34的相电流(I_d、I_e、I_f)。下面的步骤502包括将定子的端子相电压(V_a、V_b、V_c)和电流(I_a、I_b、I_c)的测量值转换成对称序分量(V₁、V₂、V₀)和电流(I₁、I₂、I₀)。这些对称序分量用于进一步的分析。平行于定子测量结果的转换步骤502，该方法包括步骤502B，从励磁机电路30的相电流(I_d、I_e、I_f)计算转子磁场绕组电流I_r，例如对相电流(I_d、I_e、I_f)的绝对值进行汇总。

分析转子电流I_r的平行分析支路之后是计算转子电流I_r的AC分量，即步骤510。转子电流I_r的DC分量和6次谐波(n*6次谐波包括第6次谐波和更高次的，即12、18...次谐波)从转子电流I_r中减去。分析转子电流I_r的平行支路继续进行步骤511，即确定转子电流I_r中是否有除了经滤波的第6次谐波之外的其他AC分量。这是通过计算剩余电流I_remain(除去DC和6次谐波之后)的RMS值，或计算剩余电流I_remain的峰值到峰值的变化，或计算剩余电流I_remain的平均值确定的。计算511的结果用于在步骤514中创建故障报告，所述故障报告也是基于定子的分析。如果所计算的剩余电流I_remain的AC部分(RMS或峰值到峰值或平均值)大于阈值，则转子电流分析被用于在报告步骤514中确认同步发电机遭受匝间故障。

转换步骤502后，定子分析继续建立负序电流I₂是否大于第二阈值(Δ2)，即步骤503。如果负序电流I₂接近于零，即小于阈值Δ2，可以推断，同步发电机没有遭受内部故障，并且过程返回到测量501端子电流和电压的第一步骤。然而，如果发现负序电流I₂大于阈值Δ2，这指示故障，则该方法继续建立负序电压是否小于第一阈值(Δ1)，即步骤504。如果电压小，即小于第一阈值，可以推断同步发电机遭受内部故障。然而，如果负序电压大于阈值，则不能够推断同步发电机1遭受内部故障，这个故障可能来自外部电网3。

步骤504中已建立了内部故障，这是基于负序电压小于第一阈值Δ1，例如第一阈值大约为正序电压的2-5％。过程继续计算505a四个变量中的至少一个变量。如果在步骤504中不能推断出发电机遭受内部故障，因为负序电压大于第一阈值Δ1，过程继续计算505b四个变量中的至少一个变量。步骤505a和505b包括相同的计算步骤505。505a的结果被用于确定步骤507中内部故障的严重程度，以及505b的结果用来在步骤506中确定是内部故障还是外部故障，并且如果是内部故障，该结果也被用在步骤507中以确定故障的严重性。在步骤505中计算四个变量中的至少一个变量，包括：计算残余电压(ΔV₂或ΔV₀)和/或耦合阻抗(Z_2c或Z_0c)。

更详细地，第一变量是负序残余电压ΔV₂，是使用同步发电机1的负序电压V₂，负序电流I₂和负序自阻抗Z₂₂计算出来的。该计算将在下面的“分析1”中进行更多描述，它产生了“等式5”用来计算该负序残余电压ΔV₂。

类似地，等式(5)-(8)描述了其它三个变量是如何计算出来的。因此，步骤505包括根据相应的等式(5)-(8)计算四个变量中的至少一个，在“分析1”部分中有详细描述。第二个变量是零序残余电压ΔV₀，它是由同步发电机1的零序电压V₀，零序电流I₀和零序自阻抗Z₀₀计算出来的。

第三变量是负序耦合阻抗Z_2C，它是由负序电压V₂，负序电流I₂，负序自阻抗Z₂₂和正序电流I₁计算出来的。

第四变量是零序耦合阻抗Z_0C，它是由零序电压V₀，零序电流I₀，零序自阻抗Z₀₀和正序电流I₁计算出来的。

如果所计算的(多个)变量大于阈值，可以得出这样的结论：发电机经过内部故障诊断步骤506，并且所计算的变量的幅度被用在随后的步骤507中，以确定该故障的严重程度，因为变量中的每一个变量的幅度表示内部故障的严重程度。而且，如果该变量低于阈值，则认为同步发电机不存在内部故障，并且过程返回到第一步骤501，即测量定子的端子电压和电流，并且还优选测量转子励磁机电路AC端子电流。

步骤507包括创建内部故障严重程度的报告，其中内部故障的严重程度从所计算的变量的幅度来确定。图5中的步骤507之后是步骤508，但步骤507可以可替换地被包括在创建故障报告的步骤514中。在步骤514中创建故障报告时，优选使用步骤507的结果。

步骤508包括计算负序电流I₂和正序电流I₁之间的角度差，计算一个负序电流和该相的对应的正序电流的至少一个角度差。当所测量的端子电流(I_a、I_b、I_c)已被转换为对称序分量(I₁、I₂、I₀)时，这些角度可能已经在步骤502中经过计算，在该情况下计算步骤508被并入转换步骤502中。所计算的角度可以被用于确定内部故障是匝间故障，这将在“分析2”部分进一步描述，并在图6中示出。如果角度是三个角度中的一个或接近三个角度中的一个，则所计算的角度发现了匝间故障。这三个角度是180度、负60度和60度。另外，角度指示同步发电机的哪一相遭受匝间故障。计算角度差步骤之后的步骤是确定同步发电机的哪一相(步骤509)遭受匝间故障。

该方法继续进行下面的步骤514，即创建故障报告，其优选包括在步骤507中创建的故障严重性报告，从步骤511中得到转子电流分析的结果，该结果包括指示转子DC电流中AC分量的故障量的指示，例如这些分量的RMS值(故障指示AC分量为没有6次谐波的AC分量)，并且包括指示内部故障以及内部故障是否是匝间故障，以及在哪一相可以发现匝间故障。

监视同步发电机的方法步骤，步骤501-511，之后是保护步骤513，从而所述监视还包括发现内部故障时采取动作。保护步骤513包括向运行人员发出视觉指示、发出听觉警报、通过使发电机断路器跳闸停止发电机过程，和从电网中断开发电机中的至少一个。优选的是，保护步骤513之后是故障报告创建步骤514。而且，从步骤514中所创建的故障报告被适当传送到运行人员工作站并且控制发电过程的设置。

本发明引入了新的方法来以改进的灵敏度和可靠性来检测同步发电机定子匝间故障。所提出的方法具有以下优点：非侵入性，并且不需要额外的用于同步发电机匝间故障的专门测量互感器，即相比于常规功率测量装置没有额外的装置。相反地，本发明仅使用来自发电机端子5的电流和电压测量结果，该测量结果通常在发电机处是可用的，并且通常用于监视从发电机1供应的电压、电流和功率。本发明提出了两种方法的组合利用。第一种方法利用同步发电机1的定子电压和电流以及阻抗矩阵的对称分量分析。第二种方法基于转子磁场绕组31的电流时域分析。

分析1

本发明使用序分量阻抗矩阵方法。用于匝间故障检测的同步发电机序分量阻抗矩阵方法描述如下。在abc相坐标的同步发电机稳态电压方程可以表示为(方程1)：

(\begin{matrix} Z_{a a} & Z_{a b} & Z_{a c} \\ Z_{a b} & Z_{b b} & Z_{b c} \\ Z_{a c} & Z_{b c} & Z_{c c} \end{matrix}) (\begin{matrix} I_{a} \\ I_{b} \\ I_{c} \end{matrix}) = (\begin{matrix} E_{a} \\ E_{b} \\ E_{c} \end{matrix}) - (\begin{matrix} V_{a} \\ V_{b} \\ V_{c} \end{matrix}) - - - (1)

其中V_abc是同步发电机的端子电压，I_abc是同步发电机的端子电流。E_abc是同步发电机内部电动势电压。(在矩阵方程中，为了清楚起见Z_aa不写做Zaa)。方程(1)可以被转换成如下面所示(方程2)的序坐标：

(\begin{matrix} Z_{11} & Z_{12} & Z_{10} \\ Z_{21} & Z_{22} & Z_{20} \\ Z_{01} & Z_{02} & Z_{00} \end{matrix}) (\begin{matrix} I_{1} \\ I_{2} \\ I_{0} \end{matrix}) = (\begin{matrix} E_{1} \\ E_{2} \\ E_{0} \end{matrix}) - (\begin{matrix} V_{1} \\ V_{2} \\ V_{0} \end{matrix}) - - - (2)

其中

(V₁ V₂ V₀)^-1＝T(V_a V_b V_c)^-1，(I₁ I₂ I₀)^-1＝T(I_a I_b I_c)^-1，以及(E₁ E₂ E₀)^-1＝T(E_aE_b E_c)^-1

这里，T是转换矩阵，用于将相电压和相电流转换为它们的对称分量或基频分量。

T = \frac{1}{3} (\begin{matrix} 1 & a & a^{2} \\ 1 & a^{2} & a \\ 1 & 1 & 1 \end{matrix})

其中a是120度的复数单位，从而

在正常状况下，如果同步发电机是良好平衡的，方程(2)可以被对角化如下(方程3):

(\begin{matrix} Z_{11} \\ Z_{22} \\ Z_{00} \end{matrix}) (\begin{matrix} I_{1} \\ I_{2} \\ I_{0} \end{matrix}) = (\begin{matrix} E_{1} \\ 0 \\ 0 \end{matrix}) - (\begin{matrix} V_{1} \\ V_{2} \\ V_{0} \end{matrix}) - - - (3)

如果由于同步发电机的构造存在稍微不平衡，方程(2)中非对角元素可能存在，但是是非常小的值。在匝间故障状况下，同步发电机阻抗矩阵和后电动势电压(电动势E1，E2，E0)是不对称的，并且因此导致以下电压方程(方程4)：

(\begin{matrix} {fZ}_{11} & {fZ}_{12} & {fZ}_{10} \\ {fZ}_{21} & {fZ}_{22} & {fZ}_{20} \\ {fZ}_{01} & {fZ}_{02} & {fZ}_{00} \end{matrix}) (\begin{matrix} I_{1} \\ I_{2} \\ I_{0} \end{matrix}) = (\begin{matrix} E_{1} \\ E_{2} \\ E_{0} \end{matrix}) - (\begin{matrix} V_{1} \\ V_{2} \\ V_{0} \end{matrix}) - - - (4)

其中fZ₁₂₀是在故障状况下的Z₁₂₀。(使用上标f(代表故障)和元素编号的下标表示法，我们在下文中写)。

比较方程3和方程4，同步发电机序阻抗矩阵中的非对角元素的变化可以用作同步发电机的匝间故障的故障指示符。

对公式(4)进行操纵，我们分别定义了所谓的负序残余电压(5)和零序残余电压(6)，可以示出为

{ΔV}_{2} = Z_{21}^{f} I_{1} + Z_{20}^{f} I_{0} - E_{2} = - V_{2} - Z_{22}^{f} I_{2} - - - (5)

{ΔV}_{0} = Z_{01}^{f} I_{1} + Z_{02}^{f} I_{2} - E_{0} = - V_{0} - Z_{00}^{f} I_{0} - - - (6)

我们还定义了负序耦合阻抗Z_2C和零序耦合阻抗Z_0C(其中“C”表示耦合)为

Z_{2 C} = {ΔV}_{2} / I_{1} = Z_{21}^{f} + Z_{20}^{f} (I_{0} / I_{1}) - (E_{2} / I_{1}) - - - (7)

Z_{0 C} = {ΔV}_{0} / I_{1} = Z_{01}^{f} + Z_{02}^{f} (I_{2} / I_{1}) - (E_{0} / I_{1}) - - - (8)

并且，其中耦合阻抗被耦合到正序，即Z_2C是到正序的负序耦合阻抗，Z_0C是到正序的零序耦合阻抗。

对于正常的同步发电机，负序ΔV₂残余电压和零序ΔV₀残余电压接近于零。负序耦合阻抗Z_2C和零序耦合阻抗Z_0C也接近于零。

在匝间故障状况期间，同步发电机的内部对称性被破坏。负序和零序残余电压(分别为ΔV₂、ΔV₀)以及负序和零序耦合阻抗(分别为Z_2C、Z_0C)(5)-(8)并不为零。相反，负序和零序残余电压(ΔV₂、ΔV₀)以及负序和零序耦合阻抗(Z_2C、Z_0C)取决于匝间故障的严重程度。

因此，本发明提出了使用方程(5)-(8)中的任意一个方程来检测同步发电机的匝间故障。方程(5)-(8)的右手侧部分可以被监视，以检测同步发电机匝间故障。发电机的端子电压V_a、V_b、V_c和电流I_a、I_b、I_c被测量，并且分别转换成对称序，或基频电压V₁、V₂、V₀和电流I₁、I₂、I₀。

对于正常同步发电机来说，相同的方法也可以用来校准检测变量(5)-(8)；负序和零序耦合阻抗以及负序和零序残余电压。因此，操作阈值可以被设定为在该操作阈值之上检测同步发电机内部故障。为了避免由于同步发电机外部故障引起的可能的误操作，可以应用过电流阻止或欠压阻止准则的某些阻止准则。

网络不平衡并不影响同步发电机匝间故障检测的正确检测这一事实，与基于谐波签名的检测方法相比，这是个优点。

分析2

每个相(A、B、C)的负序电流I₂之间的相对方向/角度，例如相位“A”，和同一相(a)的正序电流I₁指示匝间故障发生在哪一相。定义I_2a为A相的负序电流，I_1a为A相的正序电流，I_2a和I_1a之间约180°的相角表示A相有匝间故障。如果匝间故障发生在B相，I_2a和I_1a之间的相角约为负60°。如果匝间故障发生在C相，I_2a和I_1a之间约为正60°。本发明适配用于计算方向角并且基于该角度推导同步发电机哪一相遭受匝间故障。本发明也适配用于使用所计算的角度作为同步发电机匝间故障的指示。

图6示出了匝间故障期间正序电流和负序电流之间的方向关系，并例举了三个不同相A、B、C的故障。图中用I_2a作为A相电流的负序分量。I_1a是A相电流的正序分量。如所示，A相的匝间故障期间，A相电流的负序和正序分量之间的方向角为180度。B相匝间故障期间，A相电流的负序和正序分量之间的方向角为“负”60度。C相匝间故障期间，A相电流负序和正序分量之间的方向角为60度。

分析3

除了定子序分量分析之外，转子磁场绕组电流时域分析也可以用于检测同步发电机匝间故障，作为最终故障确认签名。在正常状况下，同步发电机转子绕组电流主要是励磁机整流器电路导致的DC和6*n(n＝1，2，3...)次谐波。系统被布置为针对三相(d，e，f)中的每一相测量励磁机AC电流。转子磁场绕组电流(I_r)是从所测量的励磁机相电流(I_d、I_e、I_f)计算得来的。该系统适配用于滤除DC分量和6n次谐波。该系统适配用于通过在时域中使用均方根(RMS)或平均值(AV)或峰值到峰值(PP)评估AC分量，来发现其他AC分量。然而，转子磁场绕组分析将会受端子34馈送网络的不平衡的影响，并依赖于诸如分析1和2的其它用于确认匝间故障诊断的方法。

Claims

1.一种用于监视包括检测同步发电机(1)的内部绕组故障，匝间故障的方法，所述同步发电机(1)包括用于电网(3)每相(a-c)的绕组(20、23、26)，每相(a-c)的端子(5a-c)布置在所述同步发电机(1)的端子侧(4)，并且连接到各自的绕组，所述端子侧(4)上的所述端子(5a-c)连接到电网(3)，并且所述同步发电机(1)被布置为借助于所述端子(5)向所述电网(3)输入功率，所述方法包括：

测量(301、501)在所述至少每个端子处的每相的相电压(V_a、V_b、V_c)和在所述端子处的每相的相电流(I_a、I_b、I_c)，

确定(302、305、306、502-506)所述同步发电机在其任意一相中是否遭受内部故障，匝间故障，其中所述确定包括：将所述相电流(I_a、I_b、I_c)和所述相电压(V_a、V_b、V_c)分别转换(302、502)为对称序电流(I₁、I₂、I₀)和对称序电压(V₁、V₂、V₀)；

监视(305、505)以下变量中的至少一个：

负序残余电压(ΔV₂)；

零序残余电压(ΔV₀)；

负序耦合阻抗(Z_2C)；

零序耦合阻抗(Z_0C)；其中所述变量的每一个变量从对称序分量(I₁、I₂、I₀、V₂、V₀)和至少一个发电机特定阻抗(Z₀₀、Z₂₂)来计算，以及

根据所计算的至少一个残余电压(ΔV₀、ΔV₂)或耦合阻抗(Z_0C，Z_2C)确定(306、504、506)所述同步发电机是否遭受绕组故障；

所述方法进一步包括附加的内部故障检测步骤(64)，所述附加的内部故障检测步骤包括分析所述同步发电机的转子磁场绕组电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中

所述负序残余电压(ΔV₂)借助于负序电压(V₂)、负序电流(I₂)和负序自阻抗(Z₂₂)进行监视；

所述零序残余电压(ΔV₀)借助于零序电压(V₀)、零序电流(I₀)和零序自阻抗(Z₀₀)进行监视；

所述负序耦合阻抗(Z_2C)借助于所述负序电压(V₂)、所述负序电流(I₂)、正序电流(I₁)和所述负序自阻抗(Z₂₂)进行监视；和/或

所述零序耦合阻抗(Z_0C)借助于所述零序电压(V₀)、所述零序电流(I₀)、所述正序电流(I₁)和所述零序自阻抗(Z₀₀)进行监视。

3.根据权利要求1至2任一项所述的方法，包括确定从三相电流分量(a、b、c)中获取的所述负序电流关于所述正序电流的方向角度(α)，并且根据确定所述角度(α)为大约180度、60度或负60度来推断所述内部故障是匝间故障。

4.根据权利要求3任一项所述的方法，包括从所述角度(α)识别哪一相(a、b、c)遭受匝间故障，其中180度指示与所测量的相同的相位(a)，负60度指示后一相(b)，并且60度表示前一相(c)。

5.根据权利要求1至2任一项所述的方法，包括根据确定所述同步发电机遭受内部故障来保护(313、513)所述同步发电机，其中所述保护(313、513)包括以下步骤中的至少一项：

为运行人员显示所述匝间故障的视觉指示，

借助于听觉警报警告运行人员，

使所述同步发电机从所述电网断开。

6.根据权利要求1至2任一项所述的方法，其中所述附加的内部故障检测步骤(64)为匝间故障的检测步骤(64)，包括

测量励磁机电路AC电流，并从所述转子励磁机(30)的所述AC相电流(I_d、I_e、I_f)计算所述转子的磁场绕组电流(I_r)。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括在从所计算的转子磁场绕组电流(I_r)中滤除6次谐波电流之后，即n*6次谐波，其中n＝1，2，3...，根据检测所述转子磁场绕组电流(I_r)中的AC电流分量，诊断匝间故障。

8.用于检测同步发电机(1)的内部绕组故障的系统，所述同步发电机(1)包括用于电网(3)的每一相(a-c)的绕组(20、23、26)，每相(a-c)的至少一个端子(5a-c)被布置在所述同步发电机(1)的端子侧(4)，并且连接到各自的所述绕组，所述端子侧(4)上的所述端子(5a-c)连接到电网(3)，并且所述同步发电机(1)被布置为借助于所述端子(5)向所述电网(3)输入功率，所述检测系统包括：

测量电路(40)，被布置用于测量端子相电压(V_a、V_b、V_c)和端子相电流(I_a、I_b、I_c)的测量结果；

数学转换提供器(42)，用于将每个相电压(V_a、V_b、V_c)转换为对称序电压分量(U₁、U₂、U₀)，并且将每个相电流(I_a、I_b、I_c)转换为对称序电流分量(I₁、I₂、I₀)；以及

绕组故障确定器(44)，被适配用于从所述电压和电流的负序分量(U₂，I₂)或零序分量(U₀，I₀)，检测所述同步发电机的内部绕组故障；

所述系统进一步包括用于分析所述同步发电机的转子磁场绕组电流的附加内部故障检测器(64)。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述绕组故障确定器(44)被适配用于基于以下四个变量中的至少一个变量检测内部绕组故障；

负序残余电压(ΔV₂)；零序残余电压(ΔV₀)；负序耦合阻抗(Z_2C)；以及零序耦合阻抗(Z_0C)。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述变量的每一个变量从对称序分量(I₁、I₂、I₀、V₂、V₀)和至少一个发电机特定阻抗(Z₀₀、Z₂₂)来计算。

11.根据权利要求9所述的系统，其中

所述负序残余电压(ΔV₂)从负序电压(V₂)、负序电流(I₂)和负序自阻抗(Z₂₂)计算；

所述零序残余电压(ΔV₀)从零序电压(V₀)、零序电流(I₀)和零序自阻抗(Z₀₀)计算；

所述负序耦合阻抗(Z_2C)从所述负序电压(V₂)、所述负序电流(I₂)、正序电流(I₁)和所述负序自阻抗(Z₂₂)计算；

以及所述零序耦合阻抗(Z_0C)从所述零序电压(V₀)、所述零序电流(I₀)、所述正序电流(I₁)和所述零序自阻抗(Z₀₀)计算。

12.根据权利要求8至11任一项所述的系统，进一步包括匝间故障确定器(46)，所述匝间故障确定器(46)被适配用于通过分析至少一个负序电流(I₂)关于同一相(a、b、c)的相应正序电流(I₁)的方向角度来发现匝间故障。

13.根据权利要求12所述的系统，所述匝间故障确定器(46)包括相位识别器，所述相位识别器被适配用于通过分析所述负序电流的所述方向(α)识别哪一相(a、b、c)遭受匝间故障，其中180度指示与所测量的相同的相(a)，60度指示后一相(b)，以及负60度指示前一相(c)。

14.根据权利要求8至11任一项所述的系统，其中所述附加匝间故障检测器(64)适配用于检测匝间故障并且包括转子电流计算器(62)，其被适配用于从所述转子励磁机(30)的AC相电流(I_d，I_e，I_f)计算所述转子的磁场绕组电流(I_r)。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述附加匝间故障检测器(64)被适配用于在从所计算的转子磁场绕组电流(I_r)中滤除6次谐波电流之后，即n*6次谐波，其中n＝1，2，3...，根据检测所述转子磁场绕组电流(I_r)中的AC电流分量，诊断匝间故障。

16.根据权利要求8至11任一项所述的系统，包括对称性故障检测器(43)，所述对称性故障检测器(43)被适配用于监视所述负序电压(U₂)和所述负序电流(I₂)的量，并且用于检测对称性故障，包括使用下列准则中的至少一个：

-当所述负序电流(I₂)超过第一小阈值，与此同时所述负序电压(U₂)低于第二小阈值时确定所述同步发电机遭受内部故障，所述第一小阈值为2-5％，所述第二小阈值为0.5-5％；

-当所述负序电流(I₂)超过第三小阈值，与此同时所述负序电压(U₂)高于第四小阈值时诊断对称性故障，所述第三小阈值为2-5％，所述第四小阈值为0.5-5％，或者所述同步发电机遭受内部故障或者所述电网遭受不平衡。

17.根据权利要求16所述的系统，所述第二小阈值为0.5-3％。

18.根据权利要求16所述的系统，所述第二小阈值为1％。

19.根据权利要求16所述的系统，所述第四小阈值为0.5-3％。

20.根据权利要求16所述的系统，所述第四小阈值为1％。

21.一种用于监视包括检测同步发电机(1)的内部绕组故障，匝间故障的设备，所述同步发电机(1)包括用于电网(3)每相(a-c)的绕组(20、23、26)，每相(a-c)的端子(5a-c)布置在所述同步发电机(1)的端子侧(4)，并且连接到各自的绕组，所述端子侧(4)上的所述端子(5a-c)连接到电网(3)，并且所述同步发电机(1)被布置为借助于所述端子(5)向所述电网(3)输入功率，所述设备包括：

用于测量(301、501)在至少每个端子处的每相的相电压(V_a、V_b、V_c)和在所述端子处的每相的相电流(I_a、I_b、I_c)的装置，

用于确定(302、305、306、502-506)所述同步发电机在其任意一相中是否遭受内部故障，匝间故障的装置，其中用于确定的装置包括：用于将所述相电流(I_a、I_b、I_c)和所述相电压(V_a、V_b、V_c)分别转换(302、502)为对称序电流(I₁、I₂、I₀)和对称序电压(V₁、V₂、V₀)的装置；

用于监视(305、505)以下变量中的至少一个的装置：

负序残余电压(ΔV₂)；

零序残余电压(ΔV₀)；

负序耦合阻抗(Z_2C)；

用于根据所计算的至少一个残余电压(ΔV₀、ΔV₂)或耦合阻抗(Z_0C，Z_2C)确定(306、504、506)所述同步发电机是否遭受绕组故障的装置；

所述设备进一步包括用于附加的内部故障检测(64)的装置，所述用于附加的内部故障检测的装置包括用于分析所述同步发电机的转子磁场绕组电流的装置。

22.根据权利要求21所述的设备，其中

23.根据权利要求21至22任一项所述的设备，包括用于确定从三相电流分量(a、b、c)中获取的所述负序电流关于所述正序电流的方向角度(α)的装置，并且根据确定所述角度(α)为大约180度、60度或负60度来推断所述内部故障是匝间故障。

24.根据权利要求23所述的设备，包括用于从所述角度(α)识别哪一相(a、b、c)遭受匝间故障，其中180度指示与所测量的相同的相位(a)，负60度指示后一相(b)的装置，并且60度表示前一相(c)。

25.根据权利要求21至22任一项所述的设备，包括用于根据确定所述同步发电机遭受内部故障来保护(313、513)所述同步发电机的装置，其中用于保护(313、513)的装置包括以下装置的至少一个：

用于为运行人员显示所述匝间故障的视觉指示的装置，

用于借助于听觉警报警告运行人员的装置，

用于使所述同步发电机从所述电网断开的装置。