CN106124989A - 基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法及装置，该方法包括：根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程；利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断。本发明基于多导体传输线方法建立更精确的故障诊断模型，能够提高透平发电机转子绕组故障诊断的准确度。

Description

基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法及装置

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法及装置。

背景技术

转子绕组短路是大型发电机的常见故障，该中故障对大型发电机组的安全稳定运行构成严重威胁。目前有多种针对转子绕组发生匝间短路、接地短路的故障诊断方法，包括分包压降法、交流阻抗法、重复脉冲示波器法(Repetitive Surge Oscilloscope,RSO)、在线磁通监测法等。其中，RSO方法实质上是利用转子绕组的端口电气特性进行故障诊断。

透平型发电机转子一般采用隐极式结构，转子励磁绕组的各个线圈分别嵌放在转子槽内，并在转子铁心端部串联构成同心式绕组。转子线圈各绕组在转子槽内、铁心端部都存在不同形式的电磁耦合现象。因此，透平型发电机转子绕组的端口特性是复杂的非线性网络函数。对于依托转子绕组端口特性进行故障诊断的手段来说，建立转子绕组的精确数学模型，获得转子绕组正常和故障情况下的端口函数，可以为转子绕组的故障诊断提供准确的理论依据和更为严格故障判断标准并为故障定位提供可能。

然而，目前对发电机转子绕组电气特性的数学描述是采用双导体传输线等效模型，即将转子绕组和转子铁心理解为具有分布参数的简单双导体传输线。该种等效模型的等效结果相当粗略，由其推导的端口函数与实际情况相差很大。

发明内容

本发明提供一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法及装置，以提高透平发电机转子绕组故障诊断的准确度。

本发明提供一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，包括：根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程；利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断。

一个实施例中，根据透平发电机的转子参数，构造相应电机转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程，包括：根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组的不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵；利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵；由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵；利用所述整体链参数矩阵和各所述等效导体始末端串联边界条件，计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

一个实施例中，根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组的不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，包括：依据所述转子参数计算所述等效导体的各种分布电容，根据所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式和所述分布电容，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵；利用均匀介质中电感、电容及电导三者之间的关系方程，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵，分别计算得到相应的单位电感矩阵及单位电导矩阵。

一个实施例中，利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵，包括：根据所述等效导体的不同部分的单位电阻矩阵、所述单位电容矩阵、所述单位电感矩阵及所述单位电导矩阵，计算得到相应的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵；利用所述等效导体上的电压及电流所满足的多导体传输线方程，根据所述等效导体的不同部分的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数方程；根据所述等效导体的不同部分在相应介质环境下的局部链参数方程计算得到相应介质环境下的所述局部链参数矩阵。

一个实施例中，由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵，包括：由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵，及根据故障的位置，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵。

一个实施例中，根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程之前，还包括：利用在发生多种不同故障时的故障点的集中参数建立相应的链参数形式的所述故障矩阵。

一个实施例中，利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断，包括：对所述的在无故障时及在发生故障时的传输线方程进行简化，分别得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的端口方程，作为所述故障诊断模型；利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断。

一个实施例中，利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断，包括：将设定时域激励信号输入至所述待诊断透平发电机的转子，测得所述待诊断透平发电机的转子绕组的实际时域端口响应；通过时域频域变换方法将设定时域激励信号和实际时域端口响应分别转换为相应频域激励信号和实际频域端口响应；将所述相应频域激励信号输入所述故障诊断模型，计算得到所述故障诊断模型在无故障时及在发生故障时的频域端口响应；通过比较所述实际频域端口响应和所述的在无故障时及在发生故障时所述故障诊断模型的频域端口响应，获得所述待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息。

一个实施例中，所述故障包括匝间短路故障和接地短路故障。

一个实施例中，所述介质环境包括透平发电机的转子槽体之内及之外的介质环境。

本发明还提供一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，包括：传输线方程建立单元，用于根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程；故障诊断单元，用于利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断。

一个实施例中，所述传输线方程建立单元，包括：参数矩阵获取模块，用于根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组的不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵；局部链参数获取模块，用于利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵；整体链参数获取模块，用于由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和所述链参数形式的述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵；传输线方程建立模块，用于利用所述整体链参数矩阵和各所述等效导体始末端串联边界条件，计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

一个实施例中，所述参数矩阵获取模块，包括：电容矩阵获取模块，用于依据转子参数计算所述等效导体的各种分布电容，根据转子绕组不同部分的电磁耦合形式和所述分布电容，分别建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵；电感及电导矩阵获取模块，用于利用均匀介质中电感、电容及电导三者之间的关系方程，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵，分别计算得到相应的单位电感矩阵及单位电导矩阵。

一个实施例中，所述局部链参数获取模块，包括：阻抗及导纳获取模块，用于根据所述等效导体的不同部分的单位电阻矩阵、所述单位电容矩阵、所述单位电感矩阵及所述单位电导矩阵，计算得到相应的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵；链参数方程获取模块，用于利用所述等效导体上的电压及电流所满足的多导体传输线方程，根据所述等效导体的不同部分的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数方程；局部链参数矩阵获取模块，用于根据所述等效导体的不同部分在相应介质环境下的局部链参数方程计算得到相应介质环境下的所述局部链参数矩阵。

一个实施例中，所述整体链参数获取模块，包括：整体链参数矩阵获取模块，用于由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵，及根据故障的位置，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵。

一个实施例中，还包括：故障矩阵建立单元，用于利用在发生多种不同故障时的故障点的集中参数建立相应的链参数形式的所述故障矩阵。

一个实施例中，所述故障诊断单元，包括：故障诊断模型获取模块，用于对所述的在无故障时及在发生故障时的传输线方程进行简化，分别得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的端口方程，作为所述故障诊断模型；转子绕组故障诊断模块，用于利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断。

一个实施例中，所述转子绕组故障诊断模块，包括：实际时域端口响应获取模块，用于将设定时域激励信号输入至所述待诊断透平发电机转子，测得所述待诊断透平发电机的转子绕组的实际时域端口响应；时域频域转换模块，用于通过时域频域变换方法将设定时域激励信号和实际时域端口响应转换为相应频域激励信号和实际频域端口响应；诊断模型频域端口响应获取模块，用于将所述相应频域激励信号输入所述故障诊断模型，计算得到所述故障诊断模型在无故障时及在发生故障时的频域端口响应；绕组故障信息获取模块，用于通过比较所述实际频域端口响应和所述的在无故障时及在发生故障时所述故障诊断模型的频域端口响应，获得所述待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息。

一个实施例中，所述传输线方程建立单元还用于执行：所述故障包括匝间短路故障和接地短路故障。

一个实施例中，所述局部链参数获取模块还用于执行：所述介质环境包括透平发电机的转子槽体之内及之外的介质环境。

本发明实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法及装置，建立了不同绕组故障状态的故障矩阵，对转子短路故障的类型及位置可以精确模拟，独创地将转子绕组等效为多个导体，再利用多导体传输线方法建立转子绕组的多传输线方程，将多导体传输线理论引入到转子绕组建模中，可以建立能够准确描述转子绕组多种故障的故障诊断模型。利用多导体传输线的方法对透平发电机转子绕组进行建模，得到转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程，可以描述转子线圈匝间耦合的情况，能够克服双导体传输线等效模型过于简单粗略，无法考虑转子绕组不同匝间短路的问题，从而本发明的多个等效导体能够更精确地描述转子绕组。通过利用诊断模型对发电机转子绕组进行故障诊断能够提高故障诊断的可靠性和准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中传输线方程建立方法的流程示意图；

图3是本发明一实施例中建立等效导体分布参数的方法流程示意图；

图4是本发明一实施例中获得不同介质环境中链参数矩阵的方法流程示意图；

图5是本发明另一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法的流程示意图；

图6是本发明一实施例中对待诊断透平发电机进行故障诊断的方法流程示意图；

图7是本发明一实施例中对待诊断透平发电机进行故障诊断的方法流程示意图；

图8是本发明一实施例中建立故障诊断模型的流程示意图；

图9是本发明一实施例中转子绕组等效为多个等效导体的示意图；

图10是本发明一实施例中转子槽内绕组的结构示意图；

图11是图10的转子槽内绕组所对应的电磁耦合示意图；

图12是本发明一实施例中转子绕组在转子槽外部分的结构示意图；

图13是本发明一实施例中短路点的电路模型示意图；

图14是本发明一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置的结构示意图；

图15是本发明一实施例中传输线方程建立单元的结构示意图；

图16是本发明一实施例中参数矩阵获取模块的结构示意图；

图17是本发明一实施例中局部链参数获取模块的结构示意图；

图18是本发明另一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置的结构示意图；

图19是本发明一实施例中故障诊断单元的结构示意图；

图20是本发明一实施例中转子绕组故障诊断模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

针对现有的发电机转子绕组短路故障诊断方法，采用双导体传输线等效模型，等效结果相当粗略，导致仅端口函数与实际情况相差很大，进而导致诊断结果不准确的问题，发明人创造性地利用多导体传输线(Multi-conductor Transmission Line，MTL)理论建立发电机转子绕组的传输线方程，并利用故障矩阵描述转子绕组的各种短路故障，例如匝间短路及接地短路故障，获得转子绕组的故障诊断模型，能够准确地诊断转子绕组的短路故障。

图1是本发明一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，可包括步骤：

S110：根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程；

S120：利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断。

在上述步骤S110中，通过假设透平发电机转子绕组的线圈从其上某一点被剖开，可以将转子绕组的线圈等效为上述导体，例如，转子绕组中的一匝线圈等效为一条导体，转子绕组中包含线圈的匝数可以和上述等效导体的个数相同。

现有技术中，仅将转子绕组和转子铁心各等效为一个导体，整个转子仅被简单等效为双导体传输线，不能反映转子线圈绕组匝间信息。而本发明通过将透平发电机转子绕组等效为多个导体，等效导体个数与转子绕组的匝数相等，以此可以描述转子线圈匝间的情况，从而本发明的多个等效导体能够更精确地描述转子绕组。

上述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程包括：转子绕组在无故障时即正常工作情况下的传输线方程，以及转子绕组在发生故障时的传输线方程。

多导体传输线方法可以是多导体传输线理论中的多导体传输线方程。在将透平发电机转子绕组等效为多个导体后，可以将利用多导体传输线方法描述上述多个等效导体中的电压及电流情况，结合上述故障矩阵，可以描述上述多个等效导体中包含故障时的电压及电流情况。

上述故障可以是转子绕组的多种不同故障，例如短路故障、转子绕组变形故障等。一个实施例中，上述故障可包括匝间短路故障和接地短路故障，以此可以描述转子绕组的短路故障。其中，该匝间短路故障可以是不同位置的相邻两转子线圈的匝间短路故障，该接地短路故障可以是各种不同的接地短路故障。上述故障矩阵可以反映转子绕组的故障类型、故障位置及故障严重程度中的一个或多个信息，该故障类型可以例如是匝间短路、接地短路等故障，该故障位置例如是匝间短路位置。

在上述步骤S120中，可以直接将上述在无故障时及在发生故障时的传输线方程作为故障诊断模型，或者可以根据需要对上述在无故障时及在发生故障时的传输线方程作进一步处理，并将处理后的所有传输线方程作为上述故障诊断模型。利用上述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断，可以通过比较待诊断透平发电机在一激励下的响应数据和上述故障诊断模型在同样激励下的响应数据，诊断发电子转子绕组是否存在故障以及存在何种故障等。

较佳地，建立故障诊断模型所依据的透平发电机(步骤110)的型号与待诊断透平发电机的型号相同，如此一来，所得故障诊断模型更具有针对性，有利于提高待诊断透平发电机转子故障诊断结果的准确度。

本发明实施例中，通过故障矩阵描述发电机转子绕组的各种故障，并将转子绕组等效为多个导体，再利用多导体传输线方法建立转子绕组的多传输线方程，可以建立能够准确描述转子绕组多种故障的故障诊断模型，以此可以诊断发电机的多种故障，例如可以诊断匝间短路故障及接地短路故障，从而能够克服现有诊断模型等效过于简略，不能准确描述转子绕组故障例如匝间故障的问题，提高转子绕组故障诊断的准确性。

图2是本发明一实施例中传输线方程建立方法的流程示意图。如图2所示，在上述步骤S110中，根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程的方法，可包括步骤：

S111：根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵；

S112：利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵；

S113：由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵；

S114：利用所述整体链参数矩阵和各所述等效导体的始末端串联边界条件，计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

在上述步骤S111中，可以利用一假想面将转子绕组的各线圈从某一点剖开，剖开后的每一线圈可包含一始端和一末端，从而剖开后的每一线圈可以等效为一条导体。上述转子绕组的不同部分所处的介质环境不同，则该转子绕组的不同部分的电磁耦合形式也可不同。例如，透平发电机转子为隐极式结构，转子绕组的线圈可以一部分位于转子槽内，另一部分位于转子槽外，线圈的这两部分所处的介质环境不同。

上述等效导体和转子线圈具有对应关系，所以依据转子绕组的各部分的电磁耦合形式，可以得到该等效导体的各部分的单位电容矩阵、各部分的单位电感矩阵及各部分的单位电导矩阵，由该等效导体的各部分的单位参数，包括单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，进而可以得到该等效导体的分布参数。其中，“单位”表示单位长度的等效导体。

该单位电容矩阵可以包含多种电容，例如，对于转子绕组在转子槽内部分，可包括：单位导体对地电容、单位导体的匝间电容、单位导体对槽楔电容、单位导体对槽底电容等。对于转子绕组在转子槽外部分，可包括：单位导体的匝间电容、单位导体对护环电容、单位导体对转子轴电容等。

在上述步骤S112中，该局部链参数矩阵可以是所有等效导体的在同一介质环境下的部分的总的链参数矩阵。该介质环境可以包括多种。一个实施例中，该介质环境包括透平发电机的转子槽体之内及之外的介质环境。转子绕组在转子槽体之内的部分和转子绕组在转子槽体之外的部分可以具有不同的局部链参数矩阵。转子槽体之内的介质环境的局部链参数矩阵可以与转子铁心长度有关，转子槽体之外的介质环境的局部链参数矩阵可以与转子绕组端部槽外平均长度有关。

在上述步骤S113中，由该链参数性质可以将转子绕组不同部分的局部链参数联系起来，得到整个线圈的总链参数矩阵，即整体链参数矩阵。其中，在不考虑故障矩阵的情况下，该整体链参数矩阵可以是全部转子线圈的等效导体在无故障时的链参数矩阵。故障矩阵可以是描述故障的链参数，在考虑故障矩阵的情况下，该整体链参数矩阵可以是全部转子线圈的等效导体在发生故障时的链参数矩阵。

现有技术中，在描述电磁耦合时，将转子绕组视为处在相同的介质环境下，没有考虑转子绕组不同位置的介质环境的差异，这致使诊断模型太过粗略，进一步导致其推导的端口函数与实施情况相差很大。而本发明创造性的利用不同的链参数对不同介质环境下转子绕组导体进行描述，能够考虑不同介质环境对转子绕组各部分的电磁耦合影响，进一步通过链参数性质，能够得到全部等效导体即全部线圈的链参数。

在上述步骤S114中，各所述等效导体与各转子线圈相对应，各转子线圈按顺序串联，所以各所述等效导体始末端串联边界条件可以是相邻两等效导体中(例如按电流方向)前一导体的末端与后一导体的始端具有相同的电压值和电流值。基于各所述等效导体始末端串联边界条件，利用所述整体链参数矩阵可以得到首尾串联起来的等效导体的导纳参数矩阵方程，从而可以准确地描述转子绕组的实际状态，进一步，可以计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

本实施例中，利用不同的链参数对不同介质环境下转子绕组导体进行描述，能够考虑不同介质环境对转子绕组各部分的电磁耦合影响，进一步通过链参数性质和各所述等效导体始末端串联边界条件，可以得到符合转子绕组实际情况的在无故障时及在发生故障时的传输线方程，以此能够提高诊断模型更准确。

图3是本发明一实施例中建立等效导体分布参数的方法流程示意图。如图3所示，在上述步骤S111中，根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵的方法，可包括步骤：

S1111：依据所述转子参数计算所述等效导体的各种分布电容，根据所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式和所述分布电容，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵；

S1112：利用均匀介质中电感、电容及电导三者之间的关系方程，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵，分别计算得到相应的单位电感矩阵及单位电导矩阵。

在上述步骤S1111中，该电磁耦合形式中的电容可以包括等效导体的对地电容、匝间电容、对槽楔电容及对槽底电容，可以包括对护环电容和对转子轴电容。该单位电容矩阵中的矩阵元可以根据等效导体所对应转子线圈在转子绕组中的位置确定。不同介质环境下可以存在不同电磁耦合形式，即其中的电容类型或电容大小可不同。

在上述步骤S1112中，电感、电容及电导三者之间的关系方程可以根据现有的关系方程得到，在均匀介质中，该方程中的导磁系数可以相同，例如可以均为绝缘介质中导磁系数。

本实施例中，不同部分导体可以具有不同的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵。利用不同的电容矩阵可以描述不同介质环境下的电磁耦合形式，进而根据单位电容矩阵得到单位电感矩阵及单位电导矩阵，从而可以利用得到等效导体上各部分的分布参数，以此可以描述转子绕组在槽内、槽外两种介质环境下的耦合条件，可以实现对转子绕组内的波传输过程进行更准确的描述。

图4是本发明一实施例中获得不同介质环境中链参数矩阵的方法流程示意图。如图4所示，在上述步骤S112中，利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵的方法，可包括步骤：

S1121：根据所述等效导体的不同部分的单位电阻矩阵、所述单位电容矩阵、所述单位电感矩阵及所述单位电导矩阵，计算得到相应的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵；

S1122：利用所述等效导体上的电压及电流所满足的多导体传输线方程，根据所述等效导体的不同部分的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数方程；

S1123：根据所述等效导体的不同部分在相应介质环境下的局部链参数方程计算得到相应介质环境下的所述局部链参数矩阵。

在上述步骤S1121中，单位电阻矩阵可以通过将各等效导体的单位长度电阻按对应转子线圈的位置例如对角矩阵得到。可以通过单位电阻矩阵和单位电感矩阵计算得到单位阻抗矩阵，可通过单位电导矩阵和单位电容矩阵计算得到导纳矩阵，具体计算方程可以根据现有技术得到。

在上述步骤S1122中，可以将单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵二者代入等效导体上的电压及电流二者所满足的多导体传输线方程，在利用变量变换进行对角化后，得到电压及电流的通解。

在上述步骤S1123中，可以根据电压及电流的通解作等价变换得到链参数方程形式，进而根据该链参数方程得到上述局部链参数矩阵。

本实施例中，利用不同的电容矩阵分别描述转子绕组的不同部分的耦合形式，能够进而利用局部链参数矩阵实现对不同介质环境对转子绕组的耦合形式的影响，可以描述转子绕组的不同部分在不同介质环境下的耦合条件，例如在槽内、槽外两种介质环境下，由于考虑了不同介质环境对耦合条件的影响，所以能够对转子绕组内的波传输过程进行更准确的描述。

一个实施例中，在上述步骤S113中，由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵的方法，具体实施方式可为：由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵，及根据故障的位置，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵。

本实施例中，在不考虑故障矩阵的情况下，由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵。该故障矩阵可以用链参数矩阵形式表示，在考虑故障矩阵的情况下，由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和所述链参数形式的故障矩阵可计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵，其中链参数性质可以是指多个局部链参数矩阵以何种方式相乘得到整体链参数矩阵，该故障的位置可以通过链参数形式的故障矩阵在乘积式子中的位置及相乘方式等得到。如此一来，能够方便地将转子绕组线圈各部所对应的链参数矩阵整合为转子绕组中全部线圈的总链参数矩阵。

图5是本发明另一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法的流程示意图。如图5所示，图1所示的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，还可包括步骤：

S130：利用在发生多种不同故障时的故障点的集中参数建立相应的链参数形式的所述故障矩阵。

在上述步骤S130中，假设某相邻两匝转子线圈之间发生短路，短路点具有一电导，可将局部导线视为集中参数的理想导体，可以得到短路点的电路模型。利用短路点电导作为集中参数，可以表示出短路点之前的电压及电流和短路点之后的电压及电流的关系方程，根据该关系方程可以得到故障矩阵。

本实施例中，该故障矩阵利用故障点的集中参数建立，其中，该集中参数中矩阵元的位置可以有效表示故障点位置和故障类型，矩阵元的大小可以有效表示故障严重程度。本实施例通过建立集中参数表示各种故障矩阵，例如匝间短路及接地短路故障矩阵，结合转子绕组的整体链参数方程可以实现获得转子绕组在任意位置发生各种类型故障例如匝间短路和接地短路时的转子绕组频域端口函数，从而能够精确诊断转子绕组的短路故障。

图6是本发明一实施例中对待诊断透平发电机进行故障诊断的方法流程示意图。如图6所示，在上述步骤S120中，利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断的方法，可包括步骤：

S121：对所述的在无故障时及在发生故障时的传输线方程进行简化，分别得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的端口方程，作为所述故障诊断模型；

S122：利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断。

在上述步骤S121中，可通过仅考虑转子绕组始端电压、始端电流、末端电压及末端电压对所述的在无故障时及在发生故障时的传输线方程进行简化。

本实施例中，考虑到在对转子绕组进行故障诊断时通常仅对转子绕组的端口电压感兴趣，所以，通过对传输线方程进行简化，得到端口方程，可以简化故障诊断模型，提高转子绕组故障诊断的效率。

图7是本发明一实施例中对待诊断透平发电机进行故障诊断的方法流程示意图。如图7所示，在上述步骤S122中，利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断的方法，可包括步骤：

S1221：将设定时域激励信号输入至所述待诊断透平发电机的转子，测得所述待诊断透平发电机的转子绕组的实际时域端口响应；

S1222：通过时域频域变换方法将设定时域激励信号和实际时域端口响应分别转换为相应频域激励信号和实际频域端口响应；

S1223：将所述相应频域激励信号输入所述故障诊断模型，计算得到所述故障诊断模型在无故障时及在发生故障时的频域端口响应；

S1224：通过比较所述实际频域端口响应和所述的在无故障时及在发生故障时所述故障诊断模型的频域端口响应，获得所述待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息。

本实施例中，上述故障诊断模型可以是频域的诊断模型。本实施例可以对转子绕组进行频域诊断，通过比较测量得到实际频域端口响应和计算得到的频域端口响应，可以得知实际频域端口响应与对应何种故障的故障诊断模型所对应的频域端口响应相同或相近，从而判断待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息，例如故障位置、故障类型及故障程度等。其他实施例中，故障诊断模型可以是转子绕组频域端口函数的形式，以此可以方便地计算得到频域端口响应。

图8是本发明一实施例中建立故障诊断模型的流程示意图。如图8所示，首先进行串联转子绕组多导体等效，得到与各转子线圈对应的多个等效导体；然后，利用不同形式的电容矩阵对绕组的各种电磁耦合结构进行描述；之后，利用分布参数矩阵建立多导体传输线方程；将传输线方程等效变换成链参数形式；利用链参数将不同耦合环境的局部链参数方程进行链接得到整体链参数方程；将整体链参数方程转换为导纳参数矩阵方程；无故障时，直接建立等效多导体的首尾边界条件，将等效多导体的导纳参数矩阵方程转换为绕组串联时的导纳参数矩阵方程；若存在故障时，建立短路故障矩阵，将短路点链接至整体链参数方程，再建立等效多导体的首尾边界条件，将等效多导体的导纳参数矩阵方程转换为绕组串联时的导纳参数矩阵方程；然后，将绕组串联时的导纳参数矩阵方程转换为阻抗矩阵形式的传输线方程；最后，可将无故障时的和有故障时的传输线方程进行化简得到转子绕组的端口方程。

一个实施例中，可通过一假想面将转子绕组中所有串联的线圈剖开，形成包含始端和末端的等效导体，从而可以将转子绕组等效为多个等效导体。图9是本发明一实施例中转子绕组等效为多个等效导体的示意图。如图9所示，转子绕组的线圈300可以包括转子槽内部分310和转子槽外部分320，假想面a-a’将转子绕组的所有线圈300剖开，剖开后的线圈300包含始端311(左侧)和末端321(右侧)。此处，始端和末端为相对描述，在其他实施例位置可以相互交换。剖开后的各线圈300可视为单个导体，所有线圈300可视为多个等效导体。该等效导体可利用MTL理论建立始端到末端的传输方程。

一个实施例中，在发电机转子铁心槽(转子槽体)内，转子绕组一般可分布有6～8根铜导体，在转子导体(线圈)、转子槽体之间存在槽绝缘，在相邻匝线圈之间存在匝间绝缘。图10是本发明一实施例中转子槽内绕组的结构示意图。如图10所示，转子槽体可包括转子槽楔401和副槽402，转子绕组可包括转子导体(线圈)403和匝间绝缘404，转子槽体和转子绕组之间可设有槽绝缘405、楔下垫条406、底部垫条407，转子槽楔401一端还可设有阻尼铜条。以转子铁心作为参考地，在转子槽内的转子导体(线圈)与槽壁可构成传输线回路。

图11是图10的转子槽内绕组所对应的电磁耦合示意图。如图11所示，发电机转子可包括多套转子绕组510，以单套转子绕组510为例，其在转子槽内电磁耦合形式可包括线圈对地电容511和线圈的匝间电容512。

一个实施例中，转子绕组在转子槽内的电磁耦合形式可用单根等效导体(线圈)的对地电容、匝间电容、对槽楔电容及对槽底电容中的一个或多个描述。设第k套转子绕组由n_k匝线圈构成，套数k和匝数n_k均为正整数，转子绕组在转子槽内的电磁耦合形式可包括单根等效导体(线圈)的对地电容、匝间电容、对槽楔电容及对槽底电容，此时，在转子铁心槽内单套转子绕组的等效导体对应的电容矩阵c^k可表示为：

其中，c₀、c_in、c_top、c_bot分别表示单位长度的单根等效导体(线圈)的对地电容、匝间电容、对槽楔(在槽外时为对护环)电容及对槽底(在槽外时为对转子轴)电容。电容矩阵c^k可为n_k×n_k的矩阵。

在确定得到转子各单套绕组的电容矩阵c^k后，可按绕组的连接顺序，将上述单套转子绕组的电容矩阵c^k的具体形式即公式(1)代入发电机转子的全部转子绕组在转子槽内部分的单位长度导体的总电容矩阵c_slot的主对角线上，即可得到全部转子绕组在转子槽内部分的单位长度导体的总电容矩阵c_slot的具体矩阵形式。例如，发电机转子的转子绕组套数k为16套，相应的线圈匝数为n₁₆匝，总电容矩阵c_slot可表示为：

其中，总电容矩阵c_slot的主对角线上的代表公式(1)中电容矩阵c^k主对角线上的第x个元素。

图12是本发明一实施例中转子绕组在转子槽外部分的结构示意图。如图12所示，转子端部(槽外部分)可设有护环409，护环409和转子导体(转子绕组/线圈)403之间可设有转子绕组护环绝缘套410，在转子槽外部分还设有沿轴向引线412设置的转子轴411。转子绕组在转子槽外部分存在转子绕组端部耦合电容413。转子绕组周围没有铁心包围，转子导体仅具有匝间绝缘，没有槽绝缘，此时参考地可为转子端部护环及转子轴，因此各匝线圈的对地电容不同于转子绕组在槽内部分的对地电容。

一个实施例中，转子绕组在转子槽外的电磁耦合形式可用单根等效导体(线圈)的匝间电容、对护环电容及对转子轴电容中的一个或多个描述。设第k套转子绕组由n_k匝线圈构成，套数k和匝数n_k均为正整数，转子绕组在转子槽外的电磁耦合形式可包括单根等效导体(线圈)的匝间电容、对护环电容及对转子轴电容，此时，在转子槽外单套转子绕组的导体对应的电容矩阵c^k可表示为：

其中，公式(3)和公式(1)使用相同的符号表示相应参数，但在具体数值上因介质环境(槽内外)不同有所差异。

由于转子槽外部分没有铁心屏蔽，不同套绕组间也存在电磁耦合，转子绕组槽外部分的总电容矩阵除了具有和公式(2)类似的对角线上的元素外，还需增加表示套间耦合的耦合电容。例如，发电机转子的转子绕组套数k为16套，相应的线圈匝数为n₁₆匝，转子槽外部分全部绕组的总电容矩阵c_end可表示为：

其中，总电容矩阵c_end的主对角线上的代表公式(3)中电容矩阵c^k主对角线上的第x个元素。其中表示第k、套绕组和第k+1套绕组中的相对应的第x匝线圈间的耦合电容。

一个实施例中，利用均匀介质中电感、电容、电导矩阵的关系，结合上述槽内总电容矩阵、槽外总电容矩阵，可以分别得出槽内、槽外部分的单位电感矩阵和单位电导矩阵。槽内、槽外部分的单位电感矩阵和单位电导矩阵可表示如下：

$L_{slot}={\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\ϵC}}_{slot}^{-1},G_{slot}=\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ϵ}}{C}_{slot},L_{end}={\mathrm{\μ}}_0{\mathrm{\ϵC}}_{end}^{-1},G_{end}=\frac{\mathrm{\σ}}{\mathrm{\ϵ}}{C}_{end}---\left(5\right)$

其中，L_slot、G_slot、L_end、G_end、μ₀、ε、σ分别表示槽内单位电感矩阵、槽内单位电导矩阵、槽外单位电感矩阵、槽外单位电导矩阵、绝缘介质中的导磁系数、介质介电常数、介质电导率。将上述槽内的总电容矩阵c_slot公式(2)和上述槽外的总电容矩阵c_end公式(4)代入公式(5)可得到单位电感矩阵L_slot、L_end和单位电导矩阵G_slot、G_end的具体形式。

一个实施例中，转子绕组的槽内、槽外部分的单位长度导体的电阻矩阵可表示为：

其中，R_slot表示转子绕组的槽内部分的单位电阻矩阵，n表示全部转子绕组的总线圈匝数，R_end表示转子绕组的槽外部分的单位电阻矩阵，单位电阻矩阵R_slot的对角元素r₁,···,r_n和单位电阻矩阵R_end的对角元素r₁,···,r_n符号相同，具体数值可不同。单位电阻矩阵R_slot的所有对角元素r₁,···,r_n可相等，如此一来，单位电阻矩阵R_slot＝r_slot1_n，其中，r_slot表示转子绕组的槽内部分的单位电阻，1_n表示单位矩阵。单位电阻矩阵R_end的所有对角元素r₁,···,r_n可相等，如此一来，单位电阻矩阵R_end＝r_end1_n，其中，r_end表示转子绕组的槽外部分的单位电阻。

一个实施例中，利用上述参数矩阵，包括单位电阻矩阵R_slot、单位电阻矩阵R_end、单位电感矩阵L_slot、单位电感矩阵L_end、单位电导矩阵G_slot、单位电导矩阵G_end，根据阻抗和导纳与电感、电容及电阻的关系式，可得到转子绕组槽内和槽外的单位阻抗矩阵和单位导纳矩阵。阻抗和导纳与电感、电容及电阻的关系式可表示如下：

${\hat{Z}}_{slot}=R_{slot}+{\mathrm{j\ωL}}_{slot},{\hat{Z}}_{end}=R_{end}+{\mathrm{j\ωL}}_{end}---\left(7\right)$

${\hat{Y}}_{slot}=G_{slot}+{\mathrm{j\ωC}}_{slot},{\hat{Y}}_{end}=G_{end}+{\mathrm{j\ωC}}_{end}---\left(8\right)$

其中，表示转子绕组槽内部分的单位阻抗矩阵，表示转子绕组槽外部分的单位阻抗矩阵，表示转子绕组槽内部分的单位导纳矩阵，表示转子绕组槽外部分的单位导纳矩阵，ω表示角频率。将上述参数矩阵即公式(2)、(4)、(5)(6)代入公式(7)～(8)即可得到转子绕组槽内和槽外的单位阻抗矩阵和单位导纳矩阵的具体形式。

一个实施例中，转子绕组各匝线圈上的电压电流向量满足MTL方程：

$\frac{d^2}{{\mathrm{dz}}^2}\hat{V}\left(z\right)=\hat{Z}\hat{Y}\hat{V}\left(z\right)---\left(9\right)$

$\frac{d^2}{{\mathrm{dz}}^2}\hat{I}\left(z\right)=\hat{Y}\hat{Z}\hat{I}\left(z\right)---\left(10\right)$

其中，电压矩阵和电流矩阵为n×1的列向量，为总匝数，N为绕组总套数，列元素为各匝导体相对地的电压及导体内流经的电流，z为导体沿长度的位置坐标。将上述单位导纳矩阵和单位阻抗矩阵代入公式(9)～(10)即可得到相应的MTL方程。

对公式(9)和公式(10)利用变量变换进行对角化后，可以得到电压和电流的通解：

$\hat{V}\left(z\right)={\hat{Z}}_C{\hat{T}}_I\left(e^{-\widehat{\mathrm{\γ}}z}{\hat{I}}_m^{+}+e^{\widehat{\mathrm{\γ}}z}{\hat{I}}_m^{-}\right)---\left(11\right)$

$\hat{I}\left(z\right)={\hat{T}}_I\left(e^{-\widehat{\mathrm{\γ}}z}{\hat{I}}_m^{+}-e^{\widehat{\mathrm{\γ}}z}{\hat{I}}_m^{-}\right)---\left(12\right)$

其中，为特征阻抗矩阵；为电流变换向量，其列是的特征向量；为变换后的模电流，上标+、-表示传输方向，模电流满足 为的对角化阵，满足特征阻抗矩阵电流变换向量模电流电流电压对于转子槽内和槽外部分的具体值可不同。

利用公式(11)～(12)可以求得转子某段传输线两端的电压及电流的链参数方程，设该段传输线长度为l，在导线z＝0和导线z＝l的值，消去不同传输方向的模电流可得到链参数方程：

$\left[\begin{array}{c}\hat{V}\left(l\right)\\ \hat{I}\left(l\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{11}\left(l\right)& {\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{12}\left(l\right)\\ {\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{21}\left(l\right)& {\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{22}\left(l\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\hat{V}\left(0\right)\\ \hat{I}\left(0\right)\end{array}\right]=\widehat{\mathrm{\Φ}}\left(l\right)\left[\begin{array}{c}\hat{V}\left(0\right)\\ \hat{I}\left(0\right)\end{array}\right]---\left(13\right)$

其中，为传输线长度为l的导体的链参数矩阵，及为链参数矩阵的子矩阵或矩阵元。

利用公式(5)～(6)代入公式(7)～(8)，在依次经过公式(9)～(12)可以推导得到转子铁心(槽体)内部介质环境下的链参数矩阵和转子铁心(槽体)外部介质环境下的链参数矩阵其中，l_i为转子铁心长度，l_o为转子绕组端部槽外平均长度。

由链参数性质，转子绕组的总链参数矩阵可表示为：

$\widehat{\mathrm{\Φ}}={\widehat{\mathrm{\Φ}}}_o\left(\frac{1}{2}{l}_o\right)\×{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_i\left(l_i\right)\×{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_o\left(l_o\right)\×{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_i\left(l_i\right)\×{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_o\left(\frac{1}{2}{l}_o\right)---\left(14\right)$

其中，总链参数矩阵包括了转子槽内和槽外两类介质环境的链参数。

一个实施例中，对公式(13)进行等价变换，可以得到的导纳参数方程；

$\left[\begin{array}{c}\hat{I}\left(0\right)\\ -\hat{I}\left(l\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{\hat{Y}}_{11}& {\hat{Y}}_{12}\\ {\hat{Y}}_{21}& {\hat{Y}}_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\hat{V}\left(0\right)\\ \hat{V}\left(l\right)\end{array}\right]---\left(15\right)$

其中，及为导纳矩阵的子矩阵或矩阵元。

一个实施例中，将公式(14)代入公式(13)，再将公式(13)变换为公式(15)的形式，可以得到转子绕组导纳参数矩阵方程：

$\left[\begin{array}{c}\hat{I}\left(0\right)\\ -\hat{I}\left(L\right)\end{array}\right]=\hat{Y}\left[\begin{array}{c}\hat{V}\left(0\right)\\ \hat{V}\left(L\right)\end{array}\right]---\left(16\right)$

其中，导体长度L＝2(l₀+l_i)。

一个实施例中，由图9可知，转子绕组的等效多导体模型中，各等效导体首尾依次串联，则在公式(16)中各等效导体对应始末端点上电压、电流数值相同。用I_s(k)表示矩阵的第k项，I_r(k)表示矩阵的第k项，类似地，用V_s(k)表示矩阵的第k项和V_r(k)表示矩阵的第k项。设矩阵M为(n+1)×2n的变换矩阵，如下所示：

利用公式(17)可将公式(16)变换为：

$\left[\begin{array}{c}{I}_s\left(1\right)\\ 0\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ 0\\ -I_r\left(n\right)\end{array}\right]=M\hat{Y}{M}^t\left[\begin{array}{c}{V}_s\left(1\right)\\ V_s\left(2\right)\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ V_s\left(n\right)\\ V_r\left(n\right)\end{array}\right]---\left(18\right)$

其中，I_s(1)表示导体1的始端电流，I_r(n)表示导体n的末端电流，V_s(1)…V_s(n)表示导体1、2、…、n的始端电压，V_r(n)表示导体n的末端电压。

进一步，将公式(18)变换成阻抗矩阵形式，即为频域下转子绕组(不包含引线部分)的传输线方程，如下所示：

$\left[\begin{array}{c}{V}_s\left(1\right)\\ V_s\left(2\right)\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ V_s\left(n\right)\\ V_r\left(n\right)\end{array}\right]=\hat{T}\left[\begin{array}{c}{I}_s\left(1\right)\\ 0\\ \begin{array}{c}.\\ .\\ .\end{array}\\ 0\\ -I_r\left(n\right)\end{array}\right]---\left(19\right)$

其中，矩阵

一个实施例中，在对转子绕组进行故障诊断时，仅对转子绕组的端口电压感兴趣，因此可对公式(19)的表示形式进行简化。设V_s＝V_s(1)为转子绕组的始端电压、V_r＝V_r(n)为转子绕组的末端电压，I_s＝I_s(1)为转子绕组始端电流、I_r＝I_r(n)为转子绕组末端电流，则公式(19)可简化为：

$\left[\begin{array}{c}{V}_s\\ V_r\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{Z}_{11}& Z_{1L}\\ Z_{L1}& Z_{LL}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{I}_s\\ -I_r\end{array}\right]---\left(20\right)$

其中，及为上述矩阵的矩阵元，括号(,)中的第一个数和第二个数分别表示矩阵的行和列的位置。若直接由公式(14)依次经过公式(16)～(19)推导得到的公式(20)可作为故障诊断模型中转子绕组无故障情况所对应的诊断模型。另一实施例中，在公式(14)中增加故障矩阵所对应的链参数矩阵，依次经过公式(16)～(19)推导得到的公式(20)可作为故障诊断模型中转子绕组有故障情况所对应的诊断模型。

一个实施例中，在相邻两匝转子绕组发生短路时，短路点可通过电导描述，将局部等效导体视为集中参数的理想导体，可以得到短路点的电路模型。图13是本发明一实施例中短路点的电路模型示意图。如图13所示，例如，转子绕组在第1匝和第2匝之间发生短路，短路点的具有电导G。第1匝线圈始端具有电流I₁₁和电压V₁₁，其末端具有电流I₂₁和电压V₂₁。第2匝线圈始端具有电流I₁₂和电压V₁₂，其末端具有电流I₂₂和电压V₂₂。根据图12所示的电路模型，可以得到方程：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{11}\\ V_{12}\\ I_{11}\\ I_{12}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ G& -G& 1& 0\\ -G& G& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{21}\\ V_{22}\\ I_{21}\\ I_{22}\end{array}\right]---\left(21\right)$

将公式(21)所示的第1匝线圈和第2匝线圈的方程扩展到全部转子绕组的线圈，则与转子绕组各线圈对应的等效导体在短路点处(例如在第1匝和第2匝之间)的链方程为：

其中，子矩阵和子矩阵分别表示多个等效导体的始端电压矩阵和始端电流矩阵，子矩阵和子矩阵分别表示多个等效导体的末端电压矩阵和末端电流矩阵，1_n为单位子矩阵，0_n为零子矩阵，G表示短路点的电导值。Φ_δ为公式(22)所示方程的系数矩阵，表示第1匝线圈和第2匝线圈所对应两相邻等效导体的匝间短路故障矩阵。其他相邻两匝转子线圈发生匝间短路时，只需改变含电导值G子矩阵的子矩阵在相应矩阵的对角线上的位置。

一个实施例中，可类比匝间短路的故障矩阵的获取方式，得到某匝例如第m匝绕组线圈发生对地短路时的接地短路故障矩阵，设含电导值G的子矩阵的对角线上第m个元素为1(或者为G)，则相应的接地短路故障矩阵Φ'_δ可表示为：

将链参数矩阵形式的故障矩阵(包括匝间短路故障矩阵Φ_δ和接地短路故障矩阵Φ'_δ)按故障位置插入到转子绕组的总链参数矩阵(即整体链参数矩阵)公式(15)中，依次经过公式(16)～(19)推导得到的公式(20)，即可得到故障诊断模型中转子绕组有故障情况所对应的诊断模型。

双导体传输线等效模型没有对转子绕组不同匝及不同线圈间的电磁耦合进行描述并且没有考虑转子绕组介质环境的变化。

利用MTL(多导体传输线)理论建立转子绕组传输线方程并利用故障矩阵描述转子匝间短路及接地短路故障，从而获得转子绕组的故障诊断模型。

现有技术中，双传输线在模拟转子绕组过程中无法考虑转子绕组各匝间、以及套间的电磁耦合，因而无法反映电脉冲或高频信号在转子绕组中的散射及衰减现象，同时由于双传输线模型仅有一个方向维度，因此也不能描述相邻两匝间的匝间短路情况，其对故障模拟的效果无法与真实情况相符合。而利用多导体方法可以更为准确和客观的描述转子绕组的结构形式，并对故障情况进行精确模拟。

针对现有技术存在的缺陷，本发明实施例克服了诸多关键技术难点：对转子绕组进行多导体等效(即将同心绕制的n匝绕组沿某一假想面剖开，等效成n条独立的传输线)；对绕组的电磁耦合结构进行描述，需要建立槽内、槽外不同环境下的分布电容矩阵，利用电容矩阵进一步建立多导体传输线方程；建立故障描述矩阵，来准确描述不同故障状态及故障所在匝及位置；建立等效n条传输线的首尾边界条件，从而将多导体方程转化回实际的串联转子绕组端口方程。

本发明实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，建立了不同绕组故障状态的故障矩阵，对转子短路故障的类型及位置可以精确模拟，独创地将转子绕组等效为多个导体，再利用多导体传输线方法建立转子绕组的多传输线方程，将多导体传输线理论引入到转子绕组建模中，可以建立能够准确描述转子绕组多种故障的故障诊断模型。利用多导体传输线的方法对透平发电机转子绕组进行建模，得到转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程，可以描述转子线圈匝间的情况，能够克服双导体传输线等效模型过于简单粗略，无法考虑转子绕组不同匝间短路的问题，从而本发明的多个等效导体能够更精确地描述转子绕组。进一步，本发明实施例利用不同的电容矩阵建立了反映转子绕组结构的电容矩阵形式，可以分别描述转子绕组在槽内、槽外两种介质环境下的耦合条件，可对转子绕组内的波传输过程进行更准确的描述。本发明实施例通过建立集中参数表示的匝间短路及接地短路故障矩阵，结合转子绕组的链参数方程可以获得转子绕组在任意位置发生匝间、接地短路时的转子绕组频域端口函数，给出了转子绕组频域端口函数的数学形式，为转子故障诊断提供模型，为故障诊断方法的建立、故障模拟及实测数据判断提供分析基础。本发明实施例利用频域分析对转子进行诊断时，可以利用该诊断模型对转子的故障形式、故障程度和故障位置进行分析。

基于与图1所示的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，如下面实施例所述。由于该基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置解决问题的原理与基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法相似，因此该基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置的实施可以参见基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法的实施，重复之处不再赘述。

图14是本发明一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置的结构示意图。如图14所示，本发明实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，可包括：传输线方程建立单元210和故障诊断单元220，二者相互连接。

传输线方程建立单元210用于根据透平发电机的转子参数，构造相应透平发电机转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程。

故障诊断单元220用于利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断。

在上述传输线方程建立单元210中，通过假设透平发电机转子绕组的线圈从其上某一点被剖开，可以将转子绕组的线圈等效为上述导体，例如，转子绕组中的一匝线圈等效为一条导体，转子绕组中包含线圈的匝数可以和上述等效导体的个数相同。

现有技术中，仅将转子绕组和转子铁心各等效为一个导体，整个转子仅被简单等效为双导体传输线，不能反映转子线圈绕组匝间信息。而本发明通过将透平发电机转子绕组等效为多个导体，等效导体个数可大于或等于三个，可与转子绕组的匝数相等，以此可以描述转子线圈匝间的情况，从而本发明的多个等效导体能够更精确地描述转子绕组。

上述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程包括：转子绕组在无故障时即正常工作情况下的传输线方程，以及转子绕组在发生故障时的传输线方程。

多导体传输线方法可以是多导体传输线理论中的多导体传输线方程。在将透平发电机转子绕组等效为多个导体后，可以将利用多导体传输线方法描述上述多个等效导体中的电压及电流情况，结合上述故障矩阵，可以描述上述多个等效导体中包含故障时的电压及电流情况。

上述故障可以是转子绕组的多种不同故障，例如短路故障、转子绕组变形故障等。一个实施例中，所述传输线方程建立单元210还用于执行：包括匝间短路故障和接地短路故障，以此可以描述转子绕组的短路故障。其中，该匝间短路故障可以是不同位置的相邻两转子线圈的匝间短路故障，该接地短路故障可以是各种不同的接地短路故障。上述故障矩阵可以反映转子绕组的故障类型、故障位置及故障严重程度中的一个或多个信息，该故障类型可以例如是匝间短路、接地短路等故障，该故障位置例如是匝间短路位置。

在故障诊断单元220中，可以直接将上述在无故障时及在发生故障时的传输线方程作为故障诊断模型，或者可以根据需要对上述在无故障时及在发生故障时的传输线方程作进一步处理，并将处理后的所有传输线方程作为上述故障诊断模型。利用上述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断，可以通过比较待诊断透平发电机在一激励下的响应数据和上述故障诊断模型在同样激励下的响应数据，诊断发电子转子绕组是否存在故障以及存在何种故障等。

较佳地，建立故障诊断模型所依据的透平发电机(传输线方程建立单元210中)的型号与待诊断透平发电机的型号相同，如此一来，所得故障诊断模型更具有针对性，有利于提高待诊断透平发电机转子故障诊断结果的准确度。

本发明实施例中，通过故障矩阵描述发电机转子绕组的各种故障，并将转子绕组等效为多个导体，再利用多导体传输线方法建立转子绕组的多传输线方程，可以建立能够准确描述转子绕组多种故障的故障诊断模型，以此可以诊断发电机的多种故障，例如可以诊断匝间短路故障及接地短路故障，从而能够克服现有诊断模型等效过于简略，不能准确描述转子绕组故障例如匝间故障的问题，提高转子绕组故障诊断的准确性。

图15是本发明一实施例中传输线方程建立单元的结构示意图。如图15所示，上述传输线方程建立单元210，可包括：参数矩阵获取模块211、局部链参数获取模块212、整体链参数获取模块213及传输线方程建立模块214，上述各模块顺序连接。

参数矩阵获取模块211用于根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵。

局部链参数获取模块212用于利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵。

整体链参数获取模块213用于由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵。

传输线方程建立模块214用于利用所述整体链参数矩阵和各所述等效导体的始末端串联边界条件，计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

在上述参数矩阵获取模块211中，可以利用一假想面将转子绕组的各线圈从某一点剖开，剖开后的每一线圈可包含一始端和一末端，从而剖开后的每一线圈可以等效为一条导体。上述转子绕组的不同部分所处的介质环境不同，则该转子绕组的不同部分的电磁耦合形式也可不同。例如，透平发电机转子为隐极式结构，转子绕组的线圈可以一部分位于转子槽内，另一部分位于转子槽外，线圈的这两部分所处的介质环境不同。

上述等效导体和转子线圈具有对应关系，所以依据转子绕组的各部分的电磁耦合形式，可以得到该等效导体的各部分的单位电容矩阵、各部分的单位电感矩阵及各部分的单位电导矩阵，由该等效导体的各部分的单位参数，包括单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，进而可以得到该等效导体的分布参数。其中，“单位”表示单位长度的等效导体。

该单位电容矩阵可以包含多种电容，例如，对于转子绕组在转子槽内部分，可包括：单位导体对地电容、单位导体的匝间电容、单位导体对槽楔电容、单位导体对槽底电容等。对于转子绕组在转子槽外部分，可包括：单位导体的匝间电容、单位导体对护环电容、单位导体对转子轴电容等。

在上述局部链参数获取模块212中，该局部链参数矩阵可指所有等效导体的在同一介质环境下的部分的总的链参数矩阵。该介质环境可以包括多种。一个实施例中，所述局部链参数获取模块212还用于执行：所述介质环境包括透平发电机的转子槽体之内及之外的介质环境。转子绕组在转子槽体之内的部分和转子绕组在转子槽体之外的部分可以具有不同的局部链参数矩阵。转子槽体之内的介质环境的局部链参数矩阵可以与转子铁心长度有关，转子槽体之外的介质环境的局部链参数矩阵可以与转子绕组端部槽外平均长度有关。

在上述整体链参数获取模块213中，由该链参数性质可以将转子绕组不同部分的局部链参数联系起来，得到整个线圈的总链参数矩阵，即整体链参数矩阵。其中，在不考虑故障矩阵的情况下，该整体链参数矩阵可以是全部转子线圈的等效导体在无故障时的链参数矩阵。故障矩阵可以是描述故障的链参数，在考虑故障矩阵的情况下，该整体链参数矩阵可以是全部转子线圈的等效导体在发生故障时的链参数矩阵。

现有技术中，在描述电磁耦合时，将转子绕组视为处在相同的介质环境下，没有考虑转子绕组不同位置的介质环境的差异，这致使诊断模型太过粗略，进一步导致其推导的端口函数与实施情况相差很大。而本发明创造性的利用不同的链参数对不同介质环境下转子绕组导体进行描述，能够考虑不同介质环境对转子绕组各部分的电磁耦合影响，进一步通过链参数性质，能够得到全部线圈的链参数。

在上述传输线方程建立模块214中，各所述等效导体与各转子线圈相对应，各转子线圈按顺序串联，所以各所述等效导体始末端串联边界条件可以是相邻两等效导体中(例如按电流方向)前一导体的末端与后一导体的始端具有相同的电压值和电流值。基于各所述等效导体始末端串联边界条件，利用各所述整体链参数矩阵可以得到首尾串联起来的等效导体的导纳参数矩阵方程，从而可以准确地描述转子绕组的实际状态，进一步，可以计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

本实施例中，利用不同的链参数对不同介质环境下转子绕组导体进行描述，能够考虑不同介质环境对转子绕组各部分的电磁耦合影响，进一步通过链参数性质和各所述等效导体始末端串联边界条件，可以得到符合转子绕组实际情况的在无故障时及在发生故障时的传输线方程，以此能够提高诊断模型更准确。

图16是本发明一实施例中参数矩阵获取模块的结构示意图。如图16所示，上述参数矩阵获取模块211，可包括：电容矩阵获取模块2111和电感及电导矩阵获取模块2112，二者相互连接。

电容矩阵获取模块2111用于依据所述转子参数计算所述等效导体的各种分布电容，根据所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式和所述分布电容，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵。

电感及电导矩阵获取模块2112用于利用均匀介质中电感、电容及电导三者之间的关系方程，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵，分别计算得到相应的单位电感矩阵及单位电导矩阵。

在上述电容矩阵获取模块2111中，该电磁耦合形式中的电容可以包括等效导体的对地电容、匝间电容、对槽楔电容及对槽底电容，可以包括对护环电容和对转子轴电容。该单位电容矩阵中的矩阵元可以根据等效导体所对应转子线圈在转子绕组中的位置确定。不同介质环境下可以存在不同电磁耦合形式，即其中的电容类型或电容大小可不同。

在上述电感及电导矩阵获取模块2112中，电感、电容及电导三者之间的关系方程可以根据现有的关系方程得到，在均匀介质中，该方程中的导磁系数可以相同，例如可以均为绝缘介质中导磁系数。

本实施例中，不同部分导体可以具有不同的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵。利用不同的电容矩阵可以描述不同介质环境下的电磁耦合形式，进而根据单位电容矩阵得到单位电感矩阵及单位电导矩阵，从而可以利用得到等效导体上各部分的分别参数，以此可以描述转子绕组在槽内、槽外两种介质环境下的耦合条件，可以实现对转子绕组内的波传输过程进行更准确的描述。

图17是本发明一实施例中局部链参数获取模块的结构示意图。如图17所示，上述局部链参数获取模块212，可包括：阻抗及导纳获取模块2121、链参数方程获取模块2122及局部链参数矩阵获取模块2123，上述各模块顺序连接。

阻抗及导纳获取模块2121用于根据所述等效导体的不同部分的单位电阻矩阵、所述单位电容矩阵、所述单位电感矩阵及所述单位电导矩阵，计算得到相应的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵。

链参数方程获取模块2122用于利用所述等效导体上的电压及电流所满足的多导体传输线方程，根据所述等效导体的不同部分的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数方程。

局部链参数矩阵获取模块2123用于根据所述等效导体的不同部分在相应介质环境下的局部链参数方程计算得到相应介质环境下的所述局部链参数矩阵。

在上述阻抗及导纳获取模块2121中，单位电阻矩阵可以通过将各等效导体的单位长度电阻按对应转子线圈的位置例如对角矩阵得到。可以通过单位电阻矩阵和单位电感矩阵计算得到单位阻抗矩阵，可通过单位电导矩阵和单位电容矩阵计算得到导纳矩阵，具体计算方程可以根据现有技术得到。

在上述链参数方程获取模块2122中，可以将单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵二者代入等效导体上的电压及电流二者所满足的多导体传输线方程，在利用变量变换进行对角化后，得到电压及电流的通解。

在上述局部链参数矩阵获取模块2123中，可以根据电压及电流的通解作等价变换得到链参数方程形式，进而根据该链参数方程得到上述局部链参数矩阵。

本实施例中，利用不同的电容矩阵分别描述转子绕组的不同部分的耦合形式，能够进而利用局部链参数矩阵实现对不同介质环境对转子绕组的耦合形式的影响，可以描述转子绕组的不同部分在不同介质环境下的耦合条件，例如在槽内、槽外两种介质环境下，由于考虑了不同介质环境对耦合条件的影响，所以能够对转子绕组内的波传输过程进行更准确的描述。

一个实施例中，所述整体链参数获取模块213，可包括：整体链参数矩阵获取模块2131。整体链参数矩阵获取模块2131用于由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵，及根据故障的位置，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵。

本实施例中，在不考虑故障矩阵的情况下，由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵。该故障矩阵可以用链参数矩阵形式表示，在考虑故障矩阵的情况下，由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和所述链参数形式的故障矩阵可计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵，其中链参数性质可以是指多个整体链参数矩阵以何种方式相乘得到整体链参数矩阵，该故障的位置可以得到链参数形式的故障矩阵在乘积式子中的位置及相乘方式等。如此一来，能够方便地将转子绕组线圈各部所对应的链参数矩阵整合为转子绕组中全部线圈的总链参数矩阵。

图18是本发明另一实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置的结构示意图。如图18所示，图14所示的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，还可包括：故障矩阵建立单元230，与上述传输线方程建立单元210连接。

故障矩阵建立单元230用于利用在发生多种不同故障时的故障点的集中参数建立相应的所述故障矩阵。

在上述故障矩阵建立单元230中，假设某相邻两匝转子线圈之间发生短路，短路点具有一电导，可将局部导线视为集中参数的理想导体，可以得到短路点的电路模型。利用短路点电导作为集中参数，可以表示出短路点之前的电压及电流和短路点之后的电压及电流的关系方程，根据该关系方程可以得到故障矩阵。

本实施例中，该故障矩阵利用故障点的集中参数建立，其中，该集中参数中矩阵元的位置可以有效表示故障点位置和故障类型，矩阵元的大小可以有效表示故障严重程度。本实施例通过建立集中参数表示各种故障矩阵，例如匝间短路及接地短路故障矩阵，结合转子绕组的整体链参数方程可以实现获得转子绕组在任意位置发生各种类型故障例如匝间短路和接地短路时的转子绕组频域端口函数，从而能够精确诊断转子绕组的短路故障。

图19是本发明一实施例中故障诊断单元的结构示意图。如图19所示，上述故障诊断单元220，可包括：故障诊断模型获取模块221和转子绕组故障诊断模块222，二者相互连接。

故障诊断模型获取模块221用于对所述的在无故障时及在发生故障时的传输线方程进行简化，分别得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的端口方程，作为所述故障诊断模型。

转子绕组故障诊断模块222用于利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断。

本实施例中，考虑到在对转子绕组进行故障诊断时通常仅对转子绕组的端口电压感兴趣，所以，通过对传输线方程进行简化，得到端口方程，可以简化故障诊断模型，提高转子绕组故障诊断的效率。

图20是本发明一实施例中转子绕组故障诊断模块的结构示意图。如图20所示，所述转子绕组故障诊断模块222，可包括：实际时域端口响应获取模块2221、时域频域转换模块2222、诊断模型频域端口响应获取模块2223及绕组故障信息获取模块2224，上述各模块顺序连接。

实际时域端口响应获取模块2221用于将设定时域激励信号输入至所述待诊断透平发电机的转子，测得所述待诊断透平发电机的转子绕组的实际时域端口响应。

时域频域转换模块2222用于通过时域频域变换方法将设定时域激励信号和实际时域端口响应转换为相应频域激励信号和实际频域端口响应。

诊断模型频域端口响应获取模块2223用于将所述相应频域激励信号输入所述故障诊断模型，计算得到所述故障诊断模型在无故障时及在发生故障时的频域端口响应。

绕组故障信息获取模块2224用于通过比较所述实际频域端口响应和所述的在无故障时及在发生故障时所述故障诊断模型的频域端口响应，获得所述待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息。

本实施例中，上述故障诊断模型可以是频域的诊断模型。本实施例可以对转子绕组进行频域诊断，通过比较测量得到实际频域端口响应和计算得到的频域端口响应，可以得知实际频域端口响应与对应何种故障的故障诊断模型所对应的频域端口响应相同或相近，从而判断待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息，例如故障位置、故障类型及故障程度等。其他实施例中，故障诊断模型可以是转子绕组频域端口函数的形式，以此可以方便地计算得到频域端口响应。

本发明实施例的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，建立了不同绕组故障状态的故障矩阵，对转子短路故障的类型及位置可以精确模拟，独创地将转子绕组等效为多个导体，再利用多导体传输线方法建立转子绕组的多传输线方程，将多导体传输线理论引入到转子绕组建模中，可以建立能够准确描述转子绕组多种故障的故障诊断模型。利用多导体传输线的方法对透平发电机转子绕组进行建模，得到转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程，可以描述转子线圈匝间的情况，能够克服双导体传输线等效模型过于简单粗略，无法考虑转子绕组不同匝间短路的问题，从而本发明的多个等效导体能够更精确地描述转子绕组。进一步，本发明实施例利用不同的电容矩阵建立了反映转子绕组结构的电容矩阵形式，可以分别描述转子绕组在槽内、槽外两种介质环境下的耦合条件，可对转子绕组内的波传输过程进行更准确的描述。本发明实施例通过建立集中参数表示的匝间短路及接地短路故障矩阵，结合转子绕组的链参数方程可以获得转子绕组在任意位置发生匝间、接地短路时的转子绕组频域端口函数，给出了转子绕组频域端口函数的数学形式，为转子故障诊断提供模型，为故障诊断方法的建立、故障模拟及实测数据判断提供分析基础。本发明实施例利用频域分析或时域脉冲对转子进行诊断时，可以利用该诊断模型对转子的故障形式、故障程度和故障位置进行分析。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，包括：

根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程；

利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断。

2.如权利要求1所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程，包括：

根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵；

利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵；

由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述多个等效导体的整体链参数矩阵；

利用所述整体链参数矩阵和各所述等效导体的始末端串联边界条件，计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

3.如权利要求2所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，包括：

依据所述转子参数计算所述等效导体的各种分布电容，根据所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式和所述分布电容，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵；

利用均匀介质中电感、电容及电导三者之间的关系方程，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵，分别计算得到相应的单位电感矩阵及单位电导矩阵。

4.如权利要求2所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵，包括：

根据所述等效导体的不同部分的单位电阻矩阵、所述单位电容矩阵、所述单位电感矩阵及所述单位电导矩阵，计算得到相应的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵；

利用所述等效导体上的电压及电流所满足的多导体传输线方程，根据所述等效导体的不同部分的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数方程；

根据所述等效导体的不同部分在相应介质环境下的局部链参数方程计算得到相应介质环境下的所述局部链参数矩阵。

5.如权利要求2所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵，包括：

由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵，及根据故障的位置，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵。

6.如权利要求1所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程之前，还包括：

利用在发生多种不同故障时的故障点的集中参数建立相应的链参数形式的所述故障矩阵。

7.如权利要求1所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断，包括：

对所述的在无故障时及在发生故障时的传输线方程进行简化，分别得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的端口方程，作为所述故障诊断模型；

利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断。

8.如权利要求7所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断，包括：

将设定时域激励信号输入至所述待诊断透平发电机的转子，测得所述待诊断透平发电机的转子绕组的实际时域端口响应；

通过时域频域变换方法将设定时域激励信号和实际时域端口响应分别转换为相应频域激励信号和实际频域端口响应；

将所述相应频域激励信号输入所述故障诊断模型，计算得到所述故障诊断模型在无故障时及在发生故障时的频域端口响应；

通过比较所述实际频域端口响应和所述的在无故障时及在发生故障时所述故障诊断模型的频域端口响应，获得所述待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息。

9.如权利要求1所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，所述故障包括匝间短路故障和接地短路故障。

10.如权利要求2所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断方法，其特征在于，所述介质环境包括透平发电机的转子槽体之内及之外的介质环境。

11.一种基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，包括：

传输线方程建立单元，用于根据透平发电机的转子参数，构造相应转子绕组的多个等效导体和所述转子绕组的故障矩阵，通过多导体传输线方法建立所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的传输线方程；

故障诊断单元，用于利用所述在无故障时及在发生故障时的传输线方程建立故障诊断模型，并利用所述故障诊断模型对待诊断透平发电机进行故障诊断。

12.如权利要求11所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述传输线方程建立单元，包括：

参数矩阵获取模块，用于根据所述转子参数将所述转子绕组的线圈等效为包含始末端的所述等效导体，依据所述转子参数及所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵；

局部链参数获取模块，用于利用所述多导体传输线方法，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵、单位电感矩阵及单位电导矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数矩阵；

整体链参数获取模块，用于由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵，在无故障时及在发生故障时分别计算得到整个所述等效导体的整体链参数矩阵；

传输线方程建立模块，用于利用所述整体链参数矩阵和各所述等效导体的始末端串联边界条件，计算得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的阻抗矩阵形式的传输线方程。

13.如权利要求12所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述参数矩阵获取模块，包括：

电容矩阵获取模块，用于依据所述转子参数计算所述等效导体的各种分布电容，根据所述转子绕组不同部分的电磁耦合形式和所述分布电容，建立所述等效导体的相应部分的单位电容矩阵；

电感及电导矩阵获取模块，用于利用均匀介质中电感、电容及电导三者之间的关系方程，根据所述等效导体的不同部分的所述单位电容矩阵，分别计算得到相应的单位电感矩阵及单位电导矩阵。

14.如权利要求12所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述局部链参数获取模块，包括：

阻抗及导纳获取模块，用于根据所述等效导体的不同部分的单位电阻矩阵、所述单位电容矩阵、所述单位电感矩阵及所述单位电导矩阵，计算得到相应的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵；

链参数方程获取模块，用于利用所述等效导体上的电压及电流所满足的多导体传输线方程，根据所述等效导体的不同部分的单位阻抗矩阵及单位导纳矩阵，计算得到相应介质环境下的局部链参数方程；

局部链参数矩阵获取模块，用于根据所述等效导体的不同部分在相应介质环境下的局部链参数方程计算得到相应介质环境下的所述局部链参数矩阵。

15.如权利要求12所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述整体链参数获取模块，包括：

整体链参数矩阵获取模块，用于由链参数性质，利用所有所述局部链参数矩阵计算得到在无故障时的所述整体链参数矩阵，及根据故障的位置，利用所有所述局部链参数矩阵和链参数形式的所述故障矩阵计算得到在发生故障时的所述整体链参数矩阵。

16.如权利要求11所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，还包括：

故障矩阵建立单元，用于利用在发生多种不同故障时的故障点的集中参数建立相应的链参数形式的所述故障矩阵。

17.如权利要求11所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述故障诊断单元，包括：

故障诊断模型获取模块，用于对所述的在无故障时及在发生故障时的传输线方程进行简化，分别得到所述转子绕组在无故障时及在发生故障时的端口方程，作为所述故障诊断模型；

转子绕组故障诊断模块，用于利用所述故障诊断模型对所述待诊断透平发电机的转子绕组进行故障诊断。

18.如权利要求17所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述转子绕组故障诊断模块，包括：

实际时域端口响应获取模块，用于将设定时域激励信号输入至所述待诊断透平发电机的转子，测得所述待诊断透平发电机的转子绕组的实际时域端口响应；

时域频域转换模块，用于通过时域频域变换方法将设定时域激励信号和实际时域端口响应转换为相应频域激励信号和实际频域端口响应；

诊断模型频域端口响应获取模块，用于将所述相应频域激励信号输入所述故障诊断模型，计算得到所述故障诊断模型在无故障时及在发生故障时的频域端口响应；

绕组故障信息获取模块，用于通过比较所述实际频域端口响应和所述的在无故障时及在发生故障时所述故障诊断模型的频域端口响应，获得所述待诊断透平发电机的转子绕组的故障信息。

19.如权利要求11所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述传输线方程建立单元还用于执行：所述故障包括匝间短路故障和接地短路故障。

20.如权利要求12所述的基于诊断模型的透平发电机转子绕组故障诊断装置，其特征在于，所述局部链参数获取模块还用于执行：所述介质环境包括透平发电机的转子槽体之内及之外的介质环境。