CN110297183A - 一种同步调相机转子匝间短路故障诊断方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步调相机转子匝间短路故障诊断方法、装置及存储介质，所述方法包括：在同步调相机稳步运行状态下，采集同步调相机的下述电气参数：无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压以及同步调相机未发生故障时直轴同步电抗和直轴电枢反应电抗；根据所采集的电气参数计算同步调相机的转子匝间短路故障短路比；根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断。本发明可以通过同步调相机稳定运行时的电气监测量在线对转子短路故障进行判断。

Description

一种同步调相机转子匝间短路故障诊断方法、装置及存储 介质

技术领域

本发明涉及一种同步调相机转子匝间短路故障诊断方法、装置及存储介质，属于电机技术领域。

背景技术

随着直流特高压输电技术的发展，大容量新型调相机成为满足系统无功动态需求的最优选择，并逐渐投入到直流特高压换流站中运行。同步调相机的投入运行，可以在系统出现故障的时候维持系统电压稳定，并为系统提供短路容量，对系统的暂态变量有较强的支撑能力然而，同步调相机的故障会对电力系统的稳态运行产生较大影响。

由于调相机运行的过程中，转子会承受较大的机械应力和热应力，因而相对于其他故障来说，转子绕组的匝间短路发生故障的几率较高。在短路故障初期，同步调相机机组的振动、励磁电流以及功率等均不会产生较大的影响。轻微的短路故障不会影响调相机的正常运行，经常被忽视。然而故障会造成绕组温度升高以及较大的机械振动，进一步破坏绕组的绝缘，使得故障恶化，甚至造成更严重的停机事故。

由于新型同步调相机刚刚投入运行，现阶段对同步调相机的转子匝间短路故障诊断方面的研究较少，缺少对同步调相机有效的诊断方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种同步调相机转子匝间短路故障诊断方法、装置及存储介质，可以通过同步调相机稳定运行时的电气监测量在线对转子短路故障进行判断。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种同步调相机转子匝间短路故障诊断方法，所述方法包括如下步骤：

在同步调相机稳步运行状态下，采集同步调相机的下述电气参数：无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压以及同步调相机未发生故障时直轴同步电抗和直轴电枢反应电抗；

根据所采集的电气参数计算同步调相机的转子匝间短路故障短路比；

根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断。

结合第一方面，进一步的，所述无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压通过同步调相机的监测系统获取。

结合第一方面，进一步的，所述短路比采用下述公式计算获取：

式中：μ表示短路比；U^*表示定子端电压标幺值；表示直轴同步电抗标幺值；表示转子转速标幺值；Q^*表示无功输出功率标幺值；表示励磁电流标幺值；表示直轴电枢反应电抗标幺值。

结合第一方面，进一步的，根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断的方法包括：

当短路比在0-0.05之间时，判定同步调相机转子绕组处于正常状态；

当短路比在0.05-0.15之间时，判定同步调相机转子绕组处于劣化状态；

当短路比在0.15-1之间时，判定同步调相机转子绕组处于故障状态。

第二方面，本发明实施例提供了一种同步调相机转子匝间短路故障诊断装置，包括：

采集模块：在同步调相机稳步运行状态下，用于采集同步调相机的下述电气参数：无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压以及同步调相机未发生故障时直轴电枢电抗和直轴电枢反应电抗；

计算模块：用于根据所采集的电气参数计算同步调相机的转子匝间短路故障短路比；

诊断模块：用于根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断。

第三方面，本发明实施例还提供了一种同步调相机转子匝间短路故障诊断装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述诊断方法的步骤。

第四方面，计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述诊断方法的步骤。

与现有技术相比，本发明实施例提供的同步调相机转子匝间短路故障诊断方法、装置及存储介质所达到的有益效果包括：

结合同步调相机的无功输出功率、定子端电压、转子转速、直轴电枢反应电抗、直轴电枢电抗以及转子励磁电流等电气参量，对稳定运行时同步调相机的转子匝间短路故障短路比进行初步判断，并根据短路情况对调相机的转子劣化状态进行评估，可以通过同步调相机稳定运行时的电气监测量在线对转子短路故障进行判断，能够有效对同步调相机的转子短路故障情况进行评估；

无需安装额外的传感器设备，利用同步调相机的现有运行监测设备完成相关电气参数测量，可实现同步调相机转子匝间故障的在线实时监测，无需对设备停机诊断，具有较高的实时性；

诊断方法较为简便，无需大量的计算，可写入实时监控系统中，用于转子匝间短路故障识别。

附图说明

图1为正常运行时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图；

图2为突然发生10％短路时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图；

图3为突然发生25％短路时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图；

图4为突然发生40％短路时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供的同步调相机转子匝间短路故障诊断方法，包括如下步骤：

步骤一：在同步调相机稳步运行状态下，采集同步调相机的下述电气参数：无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压以及同步调相机未发生故障时直轴同步电抗和直轴电枢反应电抗；

对于上述各电气参数的采集，本发明实施例无需安装额外的传感器设备，而是利用同步调相机的现有运行监测设备完成，具体如下：

1)由调相机机组的监测系统获得稳定运行时同步调相机的输出无功功率标幺值Q^*；

2)选取同步调相机未发生故障时直轴同步电抗标幺值和直轴电枢反应电抗标幺值

3)由调相机机组监测系统获得稳定运行时的转子速度标幺值

4)由调相机机组监测系统获得稳定运行时定子端电压标幺值U^*；

5)由调相机机组监测系统获得稳定运行时，同步调相机的励磁电流标幺值

该电气参数检测方法可实现同步调相机转子匝间故障的在线实时监测，无需对设备停机诊断，具有较高的实时性。

步骤二：根据所采集的电气参数计算同步调相机的转子匝间短路故障短路比μ，计算公式如下：

该计算方法较为简便，无需大量的计算，可写入实时监控系统中，用于转子匝间短路故障识别。

步骤三：根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断：

当短路比在0-0.05之间时，认为同步调相机转子绕组处于正常状态，同步调相机系统发生故障的可能性较小，系统正常运行；

当短路比在0.05-0.15之间时，认为同步调相机转子绕组处于劣化状态，可能已经发生轻微的匝间短路故障，需要适当安排停电检修；

当短路比在0.15-1之间时，认为同步调相机转子绕组处于故障状态，需要尽快安排停电检修。

为了验证本发明的效果，进行了仿真，采用如下模型：

额定容量300Mvar，定子额定电压20kV，额定频率50Hz，定子额定电流8660A，额定励磁电压323V，额定励磁电流2381A。

定子电阻标幺值0.003，励磁电阻标幺值0.0006，D轴阻尼绕组电阻标幺值0.00284，Q轴阻尼绕组标幺值0.00619。

直轴电抗标幺值为1.66，交轴电抗标幺值为1.61，直轴电枢反应电抗标幺值为1.41，交轴电枢反应电抗标幺值为1.36，零序电抗为0.15，励磁电抗为1.57，直轴阻尼电抗为1.581，交轴阻尼电抗为1.42。

图1为正常运行时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图；图2为短路比为10％时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图；图3为短路比为25％时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图；图4为短路比为40％时的同步调相机转子短路比预测值和实际短路情况的对比图。根据对比图可以看出：当同步调相机处于稳定运行的状态的时候，本发明实施例所提出的方法能够对转子的匝间短路的故障程度进行有效的识别。

综上所述，本发明实施例提供的同步调相机转子匝间短路故障诊断方法结合同步调相机的无功输出功率、定子端电压、转子转速、直轴电枢反应电抗、直轴同步电抗以及转子励磁电流等电气参量，对稳定运行时同步调相机的转子匝间短路故障短路比进行初步判断，并根据短路情况对调相机的转子劣化状态进行评估，可以通过同步调相机稳定运行时的电气监测量在线对转子短路故障进行判断，能够有效对同步调相机的转子短路故障情况进行评估。在同步调相机未发生匝间短路故障的时候，不会出现短路的误判断。

本发明实施例还提供了一种同步调相机转子匝间短路故障诊断装置，能够用于执行前述的诊断方法，包括：

采集模块：在同步调相机稳步运行状态下，用于采集同步调相机的下述电气参数：无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压以及同步调相机未发生故障时直轴电枢电抗和直轴电枢反应电抗；

计算模块：用于根据所采集的电气参数计算同步调相机的转子匝间短路故障短路比；

诊断模块：用于根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断。

本发明实施例还提供了一种同步调相机转子匝间短路故障诊断装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行前述诊断方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前述诊断方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种同步调相机转子匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

在同步调相机稳步运行状态下，采集同步调相机的下述电气参数：无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压以及同步调相机未发生故障时直轴同步电抗和直轴电枢反应电抗；

根据所采集的电气参数计算同步调相机的转子匝间短路故障短路比；

根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断。

2.根据权利要求1所述的同步调相机转子匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压通过同步调相机的监测系统获取。

3.根据权利要求1所述的同步调相机转子匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述短路比采用下述公式计算获取：

式中：μ表示短路比；U^*表示定子端电压标幺值；表示直轴同步电抗标幺值；表示转子转速标幺值；Q^*表示无功输出功率标幺值；表示励磁电流标幺值；表示直轴电枢反应电抗标幺值。

4.根据权利要求1所述的同步调相机转子匝间短路故障诊断方法，其特征在于，根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断的方法包括：

当短路比在0-0.05之间时，判定同步调相机转子绕组处于正常状态；

当短路比在0.05-0.15之间时，判定同步调相机转子绕组处于劣化状态；

当短路比在0.15-1之间时，判定同步调相机转子绕组处于故障状态。

5.一种同步调相机转子匝间短路故障诊断装置，其特征在于，包括：

采集模块：在同步调相机稳步运行状态下，用于采集同步调相机的下述电气参数：无功输出功率、励磁电流、转子转速、定子端电压以及同步调相机未发生故障时直轴同步电抗和直轴电枢反应电抗；

计算模块：用于根据所采集的电气参数计算同步调相机的转子匝间短路故障短路比；

诊断模块：用于根据所述短路比进行同步调相机转子匝间短路故障诊断。

6.一种同步调相机转子匝间短路故障诊断装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～4任一项所述方法的步骤。

7.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1～4任一项所述方法的步骤。