CN103823150A - 基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，所述方法利用安装于发电机多个部位的不同类型的传感器所采集的多种故障特征参量和各自的阈值分别进行计算，得到根据每种故障特征参量进行诊断时的故障特征值，然后依据不同诊断方法的可靠性对各故障特征值分配权重，求得多种故障特征值的加权和，最终通过比较该加权和与综合阈值的大小识别汽轮发电机是否存在转子绕组匝间短路故障。本发明通过对多种传感器所采集的诊断信息进行综合分析来判断汽轮发电机是否存在转子绕组匝间短路故障，所述方法克服了传统单一诊断方法所存在的不足，提高了汽轮发电机转子绕组匝间短路故障检测的灵敏度和可靠性。

Description

基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法

技术领域

本发明涉及一种能够及时、准确诊断汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的方法，属于发电机技术领域。 

背景技术

转子绕组匝间短路故障是汽轮发电机的常见电气故障之一，该故障属于汽轮发电机的弱不对称故障，轻微的转子绕组匝间短路故障并不会影响机组的正常运行，但该故障若不及时处理有可能导致转子一点或两点接地、大轴磁化等严重故障，因此进行汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的早期预报是十分必要的。针对汽轮发电机转子绕组匝间短路故障的诊断方法多种多样，总体上可以分为两类，即离线诊断方法和在线诊断方法。其中，在线诊断方法能对故障进行实时检测，防止其进一步恶化，是今后发展的趋势。 

目前，在线检测转子绕组匝间短路故障的方法主要有探测线圈法、励磁电流法、轴电压法以及基于定子铁心与转子基频振动的检测方法。探测线圈法的基本原理是对发电机气隙旋转磁场进行微分，然后通过分析信号微分后的波形来诊断转子绕组是否存在匝间短路故障以及故障槽的位置。所述方法的缺点是只适合诊断分布式绕组的隐极电机而且只在电机空载状态才能获得较高的监测可靠性，而当电机带载运行时，探测效果并不明显，检测准确度较差。此外，这种方法需要将探测线圈装在定子铁心的空气隙表面，对已经投运电机安装探测线圈相当困难，因此使所述方法的应用范围受到了限制。励磁电流法是根据短路故障后励磁磁动势基波分量减小，发电机励磁电流增大而无功功率却相对下降的原理诊断匝间短路故障的，适用于静止励磁电机。发电机发生转子绕组匝间短路故障后，气隙磁势出现不同于正常情况的偶次谐波分量，与气隙磁导相互作用后发生畸变，形成交链转轴的交变磁通，该交变磁通在转轴两端感应频率为 

的轴电压分量，

的轴电压分量是发电机正常运行不存在的，可以用来判断转子绕组匝间短路故障。基于电机转子基频振动的转子绕组匝间短路故障监测方法监测的是转子的振动信号，转子的振动是机电交叉作用的结果，其中包含转子初始弯曲、质量不平衡和动偏心因素的影响，如果转子所受初始不平衡外力与转子匝间短路引起的不平衡磁拉力相位相反，那么短路发生后电机的基频振动可能仍处于正常范围，目前已发生多起转子绕组匝间短路故障后转子振动不增甚至减小的实例，因此应结合转子基频振动的振幅和相位信息共同诊断转子绕组匝间短路故障。经研究，定子铁心基频振动的幅值与汽轮发电机转子绕组匝间短路故障程度成正比，因此可以将其作为判断转子绕匝间短路的判据，但定子铁心受机座振动的影响，自身已存在一定程度的基频振动，因此在诊断该故障时也应同时参考定子铁心基频振动的幅值和相位信息。 

总之，尽管国内外对转子绕组匝间短路故障的在线检测十分重视，现有的各种方法在应用中还是受到一定的制约，实际测试中得到的结果并不十分理想，发电厂发生转子绕组匝间短路故障后未能及时发现而造成严重后果的事例屡见不鲜，因此有必要进一步提高此类故障的诊断水平。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种融合多类信息的、具有高灵敏性和高可靠性高的的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法。 

本发明所述问题是以下述技术方案实现的： 

一种基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，所述方法利用安装于发电机多个部位的不同类型的传感器所采集的多种故障特征参量和各自的阈值分别进行计算，得到根据每种故障特征参量进行诊断时的故障特征值，然后依据不同诊断方法的可靠性对各故障特征值分配权重，求得多种故障特征值的加权和；比较该加权和与设定阈值的大小，当加权和大于设定阈值则判定汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障，否则判定汽轮发电机不存在转子绕组匝间短路故障。

上述基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，所述方法所采集的故障特征参量及各参量所对应的阈值、故障特征值和权重如下： 

a. 故障特征参量：关于转子q轴对称槽的漏磁通在探测线圈上感应的脉冲电势差

，

阈值：

，其中：为槽脉冲电势幅值，

故障特征值：

，

权重：0.3；

b. 故障特征参量：励磁电流的变化量，

阈值：

其中：

为励磁电流计算值与实际值偏差量；

为励磁电流值，

故障特征值：

，

权重：0.3；

c. 故障特征参量：

谐波分量，其中：k为正整数，P为发电机极对数，

为电角速度，

阈值：

，其中：A为各次谐波幅值，

，

故障特征值：

；

权重：0.2；

d. 故障特征参量：定子铁心基频振动的幅值和相位变化率，

阈值：

，其中：

为定子铁心基频振幅的变化量；

为定子铁心基频振幅值；

为定子铁心基频振动相位角变化量，

故障特征值：

；

权重：0.1；

e. 故障特征参量：转子基频振动的幅值和相位变化率，

阈值：

，其中：为转子铁心基频振幅的变化量；

为转子铁心基频振幅值；

为转子铁心基频振动相位角变化量，

故障特征值：

；

权重：0.1。

f.诊断表达式为： 

    故障的综合判定阈值设定为1，当a>1时断定汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。

上述基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，对下列故障特征参量还设置有重故障阈值，其中任何一个故障特征参量超过其重故障阈值时，可直接判断汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障： 

a. 故障特征参量：关于转子q轴对称槽的漏磁通在探测线圈上感应的脉冲电势差

，

重故障阈值：；

b. 故障特征参量：励磁电流的变化量，

重故障阈值：

；

c. 故障特征参量：

谐波分量，

重故障阈值：

。

本发明通过对多种传感器所采集的诊断信息进行综合分析来判断汽轮发电机是否存在转子绕组匝间短路故障，所述方法克服了传统单一诊断方法所存在的不足，提高了汽轮发电机转子绕组匝间短路故障检测的灵敏度和可靠性。 

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。 

图1是诊断汽轮发电机转子绕组匝间短路故障流程。 

文中各符号为：

、槽脉冲电势幅值，

、槽脉冲电势差，

、励磁电流计算值与实际值偏差量；

、励磁电流值，P、发电机极对数，

、电角速度，A、各次谐波幅值，

为定子铁心基频振幅的变化量，

为定子铁心基频振幅值，

为定子铁心基频振动相位角变化量，为转子铁心基频振幅的变化量，为转子铁心基频振幅值，

为转子铁心基频振动相位角变化量。 

具体实施方式

本发明的技术方案是，将安装于发电机多个部位的不同类型的传感器采集的信息进行综合分析，依据各种诊断方法的可靠性对各类信息分配权重，设定发电机转子绕组匝间短路故障的各类特征阈值，根据各类信息的故障特征明显程度对发电机进行综合打分，最终识别汽轮发电机是否存在转子绕组匝间短路故障。下面将各种诊断方法、故障特征、阈值、权重分配列于表1。 

表1 转子绕组匝间短路故障特征、阈值及诊断参数 

 

诊断表达式为：

，

    故障的综合判定阈值设定为1，当a>1时断定汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。

在轻微的转子绕组匝间短路故障情况下，上述方法的灵敏性和可靠性均不高，因此采用上述加权求和的办法识别转子绕组匝间短路故障的准确率更高。然而以上故障检测方法中有些是在工业实际中得到反复验证的、具有一定可靠性的方法，如：探测线圈法、励磁电流法和轴电压法，这些方法在严重的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障情况下（如转子一个槽绕组全部短路）是可以独立识别这些故障的，因此对应表1应设置更严重转子绕组匝间短路故障下上述三种方法的阈值，当检测到的故障特征超过该重故障阈值时即可判定存在转子绕组匝间短路故障，见表2。 

故障判定的流程图见图1： 

 通过以上多传感器联合方法能够极大提高转子绕组匝间短路故障诊断的灵敏性和可靠性，帮助发电企业实时、在线检测该故障，以便安排运行和检修计划，降低非计划停运时间，因此所述方法具有显著的经济效益和应用前景。

Claims (3)

1.一种基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述方法利用安装于发电机多个部位的不同类型的传感器所采集的多种故障特征参量和各自的阈值分别进行计算，得到根据每种故障特征参量进行诊断时的故障特征值，然后依据不同诊断方法的可靠性对各故障特征值分配权重，求得多种故障特征值的加权和；比较该加权和与设定阈值的大小，当加权和大于设定阈值则判定汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障，否则判定汽轮发电机不存在转子绕组匝间短路故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述方法所采集的故障特征参量及各参量所对应的阈值、故障特征值和权重如下：

a. 故障特征参量：关于转子q轴对称槽的漏磁通在探测线圈上感应的脉冲电势差                                                ，

阈值：

，其中：

为槽脉冲电势幅值，

故障特征值：

，

权重：0.3；

b. 故障特征参量：励磁电流的变化量，

阈值：

其中：

为励磁电流计算值与实际值偏差量；为励磁电流值，

故障特征值：

，

权重：0.3；

c. 故障特征参量：

谐波分量，其中：k为正整数，P为发电机极对数，

为电角速度，

阈值：

，其中：A为各次谐波幅值，，

故障特征值：

，

权重：0.2；

d. 故障特征参量：定子铁心基频振动的幅值和相位变化率，

阈值：

，其中：

为定子铁心基频振幅的变化量；

为定子铁心基频振幅值；

为定子铁心基频振动相位角变化量，

故障特征值：；

权重：0.1；

e. 故障特征参量：转子基频振动的幅值和相位变化率，

阈值：

，其中：

为转子铁心基频振幅的变化量；为转子铁心基频振幅值；

为转子铁心基频振动相位角变化量，

故障特征值：

；

权重：0.1；

f.诊断表达式为：

    故障的综合判定阈值设定为1，当a>1时断定汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障。

3.根据权利要求2所述的一种基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，对下列故障特征参量还设置有重故障阈值，其中任何一个故障特征参量超过其重故障阈值时，可直接判断汽轮发电机存在转子绕组匝间短路故障：

a. 故障特征参量：关于转子q轴对称槽的漏磁通在探测线圈上感应的脉冲电势差

，

重故障阈值：

；

b. 故障特征参量：励磁电流的变化量，

重故障阈值：；

c. 故障特征参量：

谐波分量，

重故障阈值：。

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