CN108318777A - 一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法及装置，在转子绕组的I、II极间接入交流电源；利用电压表依次测量转子的各个磁场线圈的首端和尾端之间的电压值；将所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值相比较，判断各磁场线圈是否存在匝间短路故障。本发明利用欧姆定律，在同一电流回路中，不同转子线圈阻抗电压值不同，并将测量电压值与数据库中存储的电压值作比较，从而判断该转子线圈是否存在匝间短路故障，并根据电压值与数据库差值大小判断故障的严重程度。

Description

一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法及装置

技术领域

本发明属于大型电机技术领域，具体涉及一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法及装置。

背景技术

大型汽轮发电机广泛采用电励磁的同步电机，励磁绕组分布在转子表面，当励磁绕组中通入直流电流时便产生了恒定磁场，转子在原动机的拖动下形成旋转磁场，切割定子绕组从而在定子绕组中产生感应电势。大型发电机转子励磁绕组分布主要有隐极式和凸极式，对于转子转速在1000rpm以上，受其离心力的影响，励磁绕组采用隐极式分布，转子转速在1000rpm以下时，其旋转时产生的离心力较小，励磁绕组采用凸极式分布。转子旋转时，受其离心力的影响，励磁绕组容易发生匝间短路故障，特别是励磁绕组的端部，由于固定较差更易发生变形导致匝间短路故障，而此故障严重影响发电机的运行，导致发电机转子振动加大、励磁电流增加、转子温升变大、无功功率变小等。

近年来，随着机组容量的加大，该故障发生率逐年增加，目前用于发电机转子匝间短路故障诊断的试验方法有直阻法、交流阻抗和功率损耗法等，采用直阻法及交流阻抗和功率损耗法测量数据具有较大的干扰性，而且所测量得到数值需依赖现场经验判断，当电机转子存在较轻微的匝间短路故障时，上述两种方法不能准确的诊断出转子是否存在故障。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法及装置，利用欧姆定律，在同一电流回路中，不同转子线圈阻抗电压值不同，并将测量电压值与数据库中存储的电压值作比较，从而判断该转子线圈是否存在匝间短路故障，并根据电压值与数据库差值大小判断故障的严重程度。

本发明所采用的技术方案是：

一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法，包括以下步骤：

转子绕组的I、II极间接入交流电源；

依次测量转子的各个磁场线圈的首端和尾端之间的电压值；

比较所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值的大小，判断各磁场线圈是否存在匝间短路故障。

进一步的，所述磁场线圈是指电机转子的磁场绕组中占据一对槽的一组线匝。

进一步的，所述交流电源的电压有效值不大于转子工作时额定电压值。

进一步的，还包括：

预先设置所述数据库，所述数据库存储有电机转子出厂时经多次磁场线圈电压值试验得到的数据。

进一步的，当所测量的转子磁场线圈的电压值等于预先设置的数据库中相应的电压值时，则该磁场线圈不存在短路故障；当所测量的转子磁场线圈的电压值小于预先设置的数据库中相应的电压值时，则该磁场线圈存在匝间短路故障。

进一步的，所述磁场线圈的故障程度取决于磁场线圈的电压值与数据库内存储的电压值之间差值大小，差值越大，磁场线圈匝间短路故障越严重，反之越轻。

一种大型电机转子匝间短路故障诊断装置，包括：

电源接入单元，用于在转子绕组的I、II极间接入交流电源；

电压测量单元，用于依次测量转子各个磁场线圈的首端和尾端之间的电压值；

比较单元，用于将所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值相比较；

匝间短路故障确定单元，用于根据所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值的比较结果，确定各磁场线圈是否存在匝间短路故障。

进一步的，还包括：

设置单元，用于预先设置数据库，所述数据库存储有电机转子出厂时经多次磁场线圈电压值试验得到的数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用欧姆定律，在同一电流回路中，不同转子线圈阻抗电压值不同，并将测量电压值与数据库中存储的电压值作比较，从而判断该转子线圈是否存在匝间短路故障，并根据电压值与数据库差值大小判断故障的严重程度；可以准确判断故障并将故障磁场线圈进行定位，且通用性强，适合于所用大型电机隐极非连续绝缘转子绕组匝间短路故障诊断；

(2)本发明不仅可以准确判断故障并定位，且该发明通用性强，适合于所用大型电机隐极非连续绝缘转子绕组匝间短路故障诊断。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是大型电机转子匝间短路故障诊断方法流程图；

图2是某大型汽轮发电机转子绕组电路示意图；

图3是某大型汽轮发电机转子槽内部线圈示意图；

图4是转子绕组绕线示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中采用直阻法及交流阻抗和功率损耗法测量数据具有较大的干扰性，而且所测量得到数值需依赖现场经验判断，当电机转子存在较轻微的匝间短路故障时，上述两种方法不能准确的诊断出转子是否存在故障的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法和装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法，该方法包括以下步骤：

步骤101：转子绕组的I、II极间接入交流电源；

步骤102：依次测量各个磁场线圈的首端和尾端之间的电压值；

步骤103：比较所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值的大小，判断各磁场线圈是否存在匝间短路故障。

将电机转子抽出膛外，仅需拆下转子风扇叶即可确定电机转子是否存在匝间短路故障，本发明利用欧姆定律，在同一电流回路中，不同转子线圈阻抗电压值不同，并将测量电压值与数据库中试验电压值作比较，从而判断该转子线圈是否存在匝间短路故障，并根据电压值与数据库中试验电压值的差值大小判断故障的严重程度。

在本实施例中，所述磁场线圈是指同步电机圆柱形转子的磁场绕组中占据一对槽的一组线匝。

在本实施例中，所述交流电源的电压有效值不大于转子工作时额定电压值。

该大型电机转子匝间短路故障诊断方法还包括：预先设置所述数据库，所述数据库存储有电机转子出厂时经多次磁场线圈电压值试验得到的数据。

优选的，在执行步骤103过程中，当所测量的转子磁场线圈的电压值等于预先设置的数据库中相应的电压值时，则该磁场线圈不存在短路故障；当所测量的转子磁场线圈的电压值小于预先设置的数据库中相应的电压值时，则该磁场线圈存在匝间短路故障。

所述磁场线圈的故障程度取决于磁场线圈的电压值与数据库内存储的电压值之间差值大小，差值越大，磁场线圈匝间短路故障越严重，反之越轻。

电机转子绕组在无故障情况下，其各转子绕组在交流电流下的电压降值与出厂时数值几乎一致，转子绕组一旦出现故障，该差值就会有较大波动，本发明方法正是利用这一特点来诊断转子匝间短路故障。而采用直阻法及交流阻抗和功率损耗法测量数据具有较大的干扰性，而且所测量得到数值需依赖现场经验判断，当电机转子存在较轻微的匝间短路故障时，上述两种方法不能准确的诊断出转子是否存在故障。本发明提出的大型电机转子匝间短路故障诊断方法，在转子I、II极间通入交流电源，此时该交流电源的电压有效值不大于转子工作时额定电压，然后按照设计图纸说明采用电压表依次测量各个磁场线圈的电压值，然后将各磁场线圈电压值与数据库中对应电压值进行比较，当所测磁场线圈的电压数值小于数据库中对应电压值时，该磁场线圈便存在匝间短路故障，其严重程度取决于所测磁场线圈电压值与数据库中对应电压值的差值大小，差值越大，匝间短路故障越严重，反之越轻，该方法不仅可以确定转子绕组是否存在匝间短路故障，还可以确定转子匝间短路故障所在的磁场线圈。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种大型电机转子匝间短路故障诊断装置，该装置包括：

电源接入单元，用于在转子绕组的I、II极间接入交流电源；

电压测量单元，用于依次测量各个磁场线圈的首端和尾端之间的电压值；

比较单元，用于将所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值相比较；

匝间短路故障确定单元，用于根据所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值的比较结果，确定各磁场线圈是否存在匝间短路故障。

该装置还包括：设置单元，用于预先设置数据库，所述数据库存储有电机转子出厂时经多次磁场线圈电压值试验得到的数据。

本发明提出的大型电机转子匝间短路故障诊断装置，通过电源接入单元在转子I、II极间通入交流电源，然后通过电压测量单元依次测量各个磁场线圈的电压值，然后采用比较单元将各磁场线圈电压值与数据库中对应电压值进行比较，通过匝间短路故障确定单元确定磁场线圈是否存在匝间短路故障，该装置不仅可以确定转子绕组是否存在匝间短路故障，还可以确定转子匝间短路故障所在的磁场线圈。

下面列举一个具体的实施例对本发明的大型电机转子匝间短路故障诊断方法进行详细说明。

实施例一

如图2所示为某大型汽轮发电机电路图，该发电机转子共有12槽，I极、II极每极均由3个磁场线圈构成，如图3所示为该汽轮发电机转子槽内部线圈结构示意图，其层间绝缘较脆弱，易发生匝间短路故障；如图4所示为转子绕组绕线示意图；对该汽轮发电机转子为例，对该汽轮发电机转子匝间故障诊断方法为：

(1)按照图2示意图，在发电机转子绕组的I极与II极间通入有效值为100V的交流电源(不大于转子额定工作电压值)；

(2)然后参照产品设计图纸找到1#磁场线圈的首端、尾端(假定设计图纸1#磁场线圈两端分别为1#槽与12#槽)，使用电压表测量其电压值并记录；

(3)然后重复步骤(2)，分别测量2#、3#、……6#磁场线圈的电压值并记录数值；

(4)将步骤(2)、步骤(3)中记录的数据与数据库中相应的电压值相比较，即可以确定该磁场线圈是否存在匝间短路故障。

如图4所示的转子绕组绕线，当I极与II极通电后，电流流向为：转子I极→1#槽→12#槽→2#槽→11#槽→3#槽→10#槽→4#槽→9#槽→5#槽→8#槽→6#槽→7#槽→转子II极，即1#槽与12#槽、2#槽与11#槽、3#槽与10#槽、4#槽与9#槽、5#槽与8#槽、6#槽与7#槽分别组成一磁场线圈，且磁极方向相同，将1#槽与12#槽组成的磁场线圈称为1#磁场线圈，2#槽与11#槽组成的磁场线圈称为2#磁场线圈，依此类推，共形成6个磁场线圈。

本发明提出的电机转子匝间故障诊断方法不仅可以确定转子绕组是否存在匝间短路故障，若存在还可以确定故障磁场线圈所发生的位置。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种大型电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，包括以下步骤：

转子绕组的I、II极间接入交流电源；

依次测量转子的各个磁场线圈的首端和尾端之间的电压值；

比较所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值的大小，判断各磁场线圈是否存在匝间短路故障。

2.根据权利要求1所述的大型电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述磁场线圈是指电机转子的磁场绕组中占据一对槽的一组线匝。

3.根据权利要求1所述的大型电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述交流电源的电压有效值不大于转子工作时额定电压值。

4.根据权利要求1所述的大型电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，还包括：预先设置所述数据库，所述数据库存储有电机转子出厂时经多次磁场线圈电压值试验得到的数据。

5.根据权利要求1所述的大型电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，当所测量的转子磁场线圈的电压值等于预先设置的数据库中相应的电压值时，则该磁场线圈不存在短路故障；当所测量的转子磁场线圈的电压值小于预先设置的数据库中相应的电压值时，则该磁场线圈存在匝间短路故障。

6.根据权利要求1所述的大型电机转子匝间短路故障诊断方法，其特征是，所述磁场线圈的故障程度取决于磁场线圈的电压值与数据库内存储的电压值之间差值大小，差值越大，磁场线圈匝间短路故障越严重，反之越轻。

7.一种大型电机转子匝间短路故障诊断装置，其特征是，包括：

电源接入单元，用于在转子绕组的I、II极间接入交流电源；

电压测量单元，用于依次测量转子各个磁场线圈的首端和尾端之间的电压值；

比较单元，用于将所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值相比较；

匝间短路故障确定单元，用于根据所有磁场线圈的电压值与预先设置的数据库中相应的电压值的比较结果，确定各磁场线圈是否存在匝间短路故障。

8.根据权利要求1所述的大型电机转子匝间短路故障诊断装置，其特征是，还包括：

设置单元，用于预先设置数据库，所述数据库存储有电机转子出厂时经多次磁场线圈电压值试验得到的数据。