CN110531205B - 发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法及装置。所述方法包括：获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者当无法获得初始频谱时，根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。本发明可实现对故障包位置的准确定位，且实现了故障诊断的标准化。
Description
技术领域
本发明涉及发电机转子匝间故障诊断技术领域，尤指一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法及装置。
背景技术
大型汽轮发电机的转子一般采用隐极式绕组，主要由线圈、槽内绝缘及其固定件、匝间绝缘、端部绝缘及其固定件和引出线等组成，电气连接图如图1所示，可以看出转子绕组的正负极线圈在几何结构和物理连接上具有高度的对称性。每一套绕组称为一个线包，正负极一般各有八包绕组。大型同步发电机是电力系统的重要设备，其安全稳定运行意义重大。同步发电机的运行故障几乎最终都体现在绝缘失效上。发电机由于转子结构的特殊性以及机组运行工况的变化，转子匝间短路成为大型同步发电机的常见故障，发生概率较高。转子匝间短路会引起机组振动增加、轴电压升高等异常现象，严重者会导致转子接地、大轴磁化等问题，导致机组被迫停机，后续处理往往需要返厂，周期长，严重影响了电厂的运行效益，增加了检修成本。
发电机转子绕组的匝间短路故障诊断方法，分为离线和在线两种。在线诊断方法主要采用探测线圈波形法，但是其磁通波形受机组运行工况影响较大，对匝间短路的判断造成了困难，另外，现有技术中还提出了基于定子绕组并联支路环流特性的诊断方法，但该方法需要在绕组的每个支路上各安装一个传感器以检测环流，实际应用较为困难。转子绕组匝间短路故障的离线诊断方法主要包括交流阻抗法、极间电压和分包压降法、重复脉冲示波法等。交流阻抗法灵敏度较低，需要施加较高电压和较大电流，极间电圧和分包压降法必须在膛外状态下进行，需要施加较高电压才能保证足够的灵敏度。重复脉冲法具有较高的灵敏度，电压低，实施方便，但是重复脉冲的波形难以统一，从而导致故障诊断缺少统一的标准。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法，所述方法包括：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
可选的，在本发明一实施例中，所述根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱包括：根据已获得的转子绕组的初始频谱，采用单端方式，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱；或根据当前频谱，确定两端口的相对比值频谱。
可选的，在本发明一实施例中，所述确定比值频谱的截止频率包括：根据转子绕组的阻抗频谱高频段主峰值后的衰减特征，确定比值频谱的截止频率。
可选的，在本发明一实施例中，所述提取基础频谱包括：对于比值频谱的幅频特性或相频特性，通过小波分解或者频域滤波滤除频谱局部小的波动，提取能够反映整体趋势的基础频谱。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置包括：确定所述幅频特性在所述截止频率前对应的增强区数目；根据所述增强区数目确定匝间短路故障位置。
可选的，在本发明一实施例中，所述利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置包括：确定所述相频特性在所述截止频率前对应的超前区数目；根据所述超前区数目确定匝间短路故障位置。
可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：当所述比值频谱的增益值或相位值波动较小时，改用转子绕组当前端口的对端口频域输入阻抗对应的比值频谱重新确定匝间短路的故障位置。
本发明实施例还提供一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的装置，所述装置包括：
频谱采集模块，用于获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
频谱处理模块，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱；
故障诊断模块，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
故障定位模块，用于当所述转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
可选的，在本发明一实施例中，所述频谱处理模块包括：单双端处理单元，用于根据已获得的转子绕组的初始频谱，采用单端方式，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱；或根据当前频谱，确定两端口的相对比值频谱。
可选的，在本发明一实施例中，所述频谱处理模块包括：截止频率单元，用于根据转子绕组的阻抗频谱高频段主峰值后的衰减特征，确定比值频谱的截止频率。
可选的，在本发明一实施例中，所述频谱处理模块包括：基础频谱提取单元，用于对于比值频谱的幅频特性或相频特性，通过小波分解或者频域滤波滤除频谱局部小的波动，提取能够反映整体趋势的基础频谱。
可选的，在本发明一实施例中，所述故障定位模块包括：增强区数目单元，用于确定所述幅频特性在所述截止频率前对应的增强区数目；第一故障定位单元，用于根据所述增强区数目确定匝间短路故障位置。
可选的，在本发明一实施例中，所述故障定位模块包括：超前区数目单元，用于确定所述相频特性在所述截止频率前对应的超前区数目；第二故障定位单元，用于根据所述超前区数目确定匝间短路故障位置。
可选的，在本发明一实施例中，所述装置还包括：对端转换模块，用于当所述比值频谱的增益值或相位值波动较小时，改用转子绕组当前端口的对端口频域输入阻抗对应的比值频谱重新确定匝间短路的故障位置。
本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
本发明针对发电机转子绕组利用双端阻抗频域特性进行诊断的方式，利用各包绕组匝间短路故障时频谱的特征规律并结合比值谱进行了解决，诊断具有较高的灵敏度，实施方便，可实现对故障位置的准确定位，且得到了转子绕组本身相对固化的指纹信息，信息量丰富，有利于实现故障诊断的标准化。
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。
图1为转子绕组电气连接示意图；
图2A-图2C为转子槽的横截面示意图；
图3A-图3B为转子绕组匝间绝缘的两种形式；
图4为本发明实施例一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法的流程图；
图5为本发明实施例中频谱测试示意图；
图6A-图6B为本发明实施例中输入阻抗频谱示意图；
图7A-图7H为本发明实施例中某机组各包绕组分别存在匝间短路时的D(f)示意图；
图8为本发明实施例中第一包短路时近端输入阻抗与远端输入阻抗比值频谱示意图；
图9为本发明实施例中某转子绕组第五包短路时比值谱相频特性示意图；
图10为本发明实施例一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法及装置。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
发电机中不同制造厂转子铁心的磁导率大致相同，然而由于绝缘结构的不同，对应的转子绕组的分布参数差别较大。典型的氢冷发电机转子线圈是用含通风孔道的实心裸铜线连续绕制，再垫上或者粘接匝间绝缘而成。尽管转子的冷却风路不同，但其绝缘都由槽衬垫条、槽绝缘、匝间绝缘、楔下绝缘组合而成，如图2A-图2C所示。其中，图2A为斜槽通风，图中包括槽楔1、槽下绝缘2、槽绝缘3、导体4、匝间绝缘5、槽衬垫条6，图2B为径向通风，图2C为轴向通风。
一般来说，匝间绝缘有两种形式，即整体匝间绝缘和带状匝间绝缘。整体匝间绝缘为半叠压的玻璃丝带(内衬云母带)，它缠在铜导线上，带状匝间绝缘则垫在两层导体之间，如图3A-图3B所示。其中，图3A为整体匝间绝缘，图3B为带状匝间绝缘。图3B中包括槽楔31、槽楔绝缘32、槽衬绝缘33、匝间绝缘34、导线35及通风孔36。
如图4所示为本发明实施例一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法的流程图，图中所示方法包括：
步骤S1，获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
步骤S2，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
步骤S3，确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
步骤S4，当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
作为本发明的一个实施例，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱包括：根据已获得的转子绕组的初始频谱，采用单端方式，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱；或根据当前频谱，确定两端口的相对比值频谱。
作为本发明的一个实施例，确定比值频谱的截止频率包括：根据转子绕组的阻抗频谱高频段主峰值后的衰减特征，确定比值频谱的截止频率。
作为本发明的一个实施例，提取基础频谱包括：对于比值频谱的幅频特性或相频特性，通过小波分解或者频域滤波滤除频谱局部小的波动，提取能够反映整体趋势的基础频谱。
作为本发明的一个实施例，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置包括：确定所述幅频特性在所述截止频率前对应的增强区数目；根据所述增强区数目确定匝间短路故障位置。
作为本发明的一个实施例，所述利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置包括：确定所述相频特性在所述截止频率前对应的超前区数目；根据所述超前区数目确定匝间短路故障位置。
作为本发明的一个实施例，当所述比值频谱的增益值或相位值波动较小时，改用转子绕组当前端口的对端口频域输入阻抗对应的比值频谱重新确定匝间短路的故障位置。当在当前端口，即近端，由于比值频谱的增益值或相位值波动较小无法确定故障位置时，说明故障位置距离当前端口较远，则换成当前端口对端，即远端，重新进行故障诊断及定位。
在本发明一具体实施例中，如图2所示，发电机转子绕组可以看做具有传输线特性的二端口网络，两个端口即为转子绕组的首端和末端，实物上对应于发电机转子的正负集电环。二端口网络特性可以用式(1)来表示：
Is(1)、Vs(1)表示转子绕首端电流、电压，Ir(1)、Vr(1)表示转子绕组末端电流、电压。
当转子末端开路时，Ir＝0，则Vs＝Z11Is，Z11即为首端的输入阻抗，同样地，ZLL为末端的输入阻抗。Z11、ZLL是频率ω的函数，即频域输入阻抗。该网络内部任何结构和参数的变化，包括转子的变形、移位、匝间短路、接地都能够引起网络特性的变化，从而引起频域输入阻抗的变化。
本发明采用测量转子绕组的频域输入阻抗特性的形式，即通过扫频方式获得绕组输入阻抗与频率的变化关系或者称为频谱，包括阻抗的幅值和相位。扫频方式包括但不限于采用正弦扫频，以正弦扫频为例，单点的信号为一定频率的正弦信号，如图5所示，施加在转子绕组一端与大轴之间，另一端开路，测量绕组上的电压和电流，即可计算得到绕组的频域阻抗信息，包括幅值和相角。
转子绕组二端口网络存在两个端口，即内滑环端、外滑环端或者称为正极端、负极端。如前所述，由于转子绕组具有高度对称性，对于绝缘完好的转子绕组，两端的输入阻抗特性是一致的。一旦转子绕组内部出现匝间短路，通过分析正常特性及故障特性之间的差异，或者正负两端输入阻抗特性的差异，即可实现转子绕组的故障诊断和定位。因此，对于新机组，可以留取无故障的初始频谱，对机组运行后以同样地方法采集当前频谱，两者比较进行故障诊断。对于没有留取初始频谱的机组，采用转子绕组近端输入阻抗与远端输入阻抗进行比较的方法进行故障诊断。所谓近端，是指二端口中距离故障点相对更近的一端。
在本发明一具体实施例中，图6A-图6B给出了正常绕组以及第一包至第八包绕组包内同样位置分别发生一点金属性匝间短路时的阻抗频谱，频率范围为1kHz～1MHz，其中，图6A为正常绕组与1～4包故障绕组的输入阻抗频谱，图6B为正常绕组与1～4包故障绕组的输入阻抗频谱。可以将整个频率范围划分为低频、中频和高频三段，如图6B所示。可以看出，正常绕组的阻抗频谱在低频段存在不同的谐振峰，且谐振峰值逐渐衰减，在中频段谱线较为平坦，在高频段存在一明显的谐振峰，随后逐渐衰减并趋于稳定，高频下体现的主要是绕组的电容效应，阻抗趋近于零。
对比不同包发生匝间短路时的故障阻抗频谱，可以发现与正常绕组相比，故障阻抗谱线整体发生了不同程度的波动。总体来看，当近端发生故障时，如图6A所示，在中频段和高频段差异明显，尤其是第一包发生故障时，高频段的谐振峰消失，整体谱线均低于正常谱线，而低频段尤其是50kHz以下基本重合。随着短路位置逐渐远离测量端，例如第二包到第四包分别短路时，差异明显的频段逐渐向更低的频率转移。当第五包到第八包短路时，高频段基本重合，而差异主要体现在低频段，如图6B所示。
在本发明一具体实施例中，利用比值谱(比值频谱的简称)的幅频特性，故障诊断及定位方法具体过程包括：
1)对于新机组，获取频域输入阻抗初始频谱。以正弦扫频为例，在转子绕组的内滑环和大轴之间施加正弦扫频电压信号，频率范围一般可取1kHz～1MHz，频率间隔一般可取1kHz，也可以根据需要自行选择。同时测量各频率下的电流，通过电压电流相量计算得到单端的输入阻抗频谱Zin，包括幅值谱和相位谱。按同样的方法获取外滑环输入阻抗频谱Zon。由于转子具有对称性，无故障机组Zin＝Zon。
2)运行机组停机后，在同样条件下，包括相同转速，相同温度状态等，重复1)的步骤，获取频域输入阻抗当前频谱Zif和Zof。
3)根据下式得到当前频谱相对于初始频谱的比值谱：
其中f为频谱中各离散频率点，
为故障阻抗频谱各点的复数阻抗，即Zof。
为正常绕组阻抗频谱中各点的复数阻抗，选择Zin与Zon其中之一。
为绕组比值谱中各点的复数阻抗。θf为当前绕组频谱各点的相位，θn为初始频谱各点的相位。
的幅值反映了当前频谱相对于初始频谱的阻抗增益，
的相位反映了当前频谱相对于初始频谱的相位偏差，因此可以根据
的频率特性(幅频特性或相频特性)对绕组的匝间绝缘状态作出诊断。特殊的，在初始频谱无法获得或初始频谱不准确时，没有留取初始指纹信息Zin与Zon的机组，令
即比值谱为外滑环相对于内滑环的阻抗比值。
4)令：
即将幅频特性对数化，得到以分贝为单位的幅频特性，可以更加直观的反映当前频谱相对初始频谱的增益特性，并突出频谱细节。图7A-图7H给出了某机组各包绕组分别存在匝间短路时的D(f)。实线表示各包起始段两匝短路，虚线表示各包末段两匝短路。其中，图7A为第一包一二匝、五六匝分别短路，图7B为第二包一二匝、七八匝分别短路，图7C为第三包一二匝、七八匝分别短路，图7D为第四包一二匝、七八匝分别短路，图7E为第五包一二匝、七八匝分别短路，图7F为第六包一二匝、七八匝分别短路，图7G为第七包一二匝、七八匝分别短路，图7H为第八包一二匝、七八匝分别短路。
5)确定截止频率fz。图6A-图6B在绕组阻抗频谱的高频段波峰下降区域存在一截止频率，此频率之后绕组阻抗逐渐衰减稳定，呈现高通特性，因此定义转子绕组频域阻抗截止频率fz，其满足Z(fz)＝0.707Zhp，其中Zhp为图6A-图6B中频域阻抗高频段的峰值。图6A-图6B中，fz＝708kHz。
6)基础频谱提取。图7A-图7B中比值谱幅值谱的低、中频段在整体曲线波动的基础上叠加了小的波动，由于本发明关注的是比值谱的整体特性，因此对比值谱基础频谱进行提取，即滤除小的局部波动，得到反映基础波动的光滑曲线，具体的处理方法有很多，可以采用小波多层分解、频域滤波、求均值拟合等方法。以下提及的比值谱曲线均为此步获得的基础频谱。
7)截止频率前，比值谱曲线如果基本为0dB，表明转子绕组无匝间短路故障。如果比值谱曲线上增益值呈现正负波动，表明发电机存在匝间短路故障。增益为正的区域表明匝间短路故障引起输入阻抗增强，增益为负的区域表明匝间短路故障引起输入阻抗削弱，阻抗增强区与削弱区交替存在。如图7A-图7B所示，两竖直虚线之间存在一增强区。
8)故障绕组定位。在转子匝间短路故障定位方面，确定短路点所在线包是最为重要的，能够为转子后续处理提供指导，快速定位转子故障的具体位置。因此本发明所指的定位是短路线包的确定。在截止频率之前，增强区数目Nm与短路故障点所在包数k满足以下关系：
Nm＝ k-1 (4)
其中k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数。对比值阻抗频谱的增强区进行计数，得到Nm，即可求得短路位置k。
9)当比值谱增益值的波动幅度较小，而且不符合上式时，说明故障远离本端口，如图8虚线所示，同样是第一包发生短路时，近端输入阻抗比值频谱波动很大，而从远端测得的阻抗比值频谱波动很小，且不符合式(4)，
此时应改用对端的输入阻抗频谱进行判断，此时对于式(2)，
对于式(3)，应改为：
即将分子和分母对调，然后重复(4)～(7)，进行故障诊断和定位。
在本发明另一具体实施例中，与上一实施例对应的，比值谱相频特性与幅频特性有着相似的规律，利用比值谱相频特性的故障诊断及定位方法具体过程包括：
1)按照上一实施例中步骤1)～3)，得到比值谱
包括单端和双端两种形式。
2)按照上一实施例中步骤5)的方法确定截止频率。分析
的相频特性，如果截止频率前相频特性均为0°，表明转子绕组不存在匝间短路故障。如果相频曲线上相位呈现正负交替波动，表明发电机存在匝间短路故障。相位为正的区域定义为比值频谱的超前区。
3)参照上一实施例中步骤6)的方法提取基础相位谱。
4)故障绕组定位。在截止频率之前，相位超前区数目Na与短路故障点所在包数k满足以下关系：
Na＝ k-1 (6)
其中k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数。对比值频谱的相位超前区进行计数，得到Na，即可求得短路包k。图9给出图6A-图6B中转子绕组第五包短路时的比值谱的相频特性，在708kHz之前，Na＝4，则k＝5，即第五包存在匝间短路。
5)同样地，当比值频谱相位值的波动幅度较小，而且不符合式(6)时，说明故障远离本端口，按上一实施例中步骤8)的处理方法，改用对端口的输入阻抗比值谱相位特性进行判断。
本发明针对发电机转子绕组利用双端阻抗频域特性进行诊断的方式，利用各包绕组匝间短路故障时频谱的特征规律并结合比值谱进行了解决，诊断具有较高的灵敏度，实施方便，可实现对故障位置的准确定位，且得到了转子绕组本身相对固化的指纹信息，信息量丰富，有利于实现故障诊断的标准化。
如图10所示为本发明实施例一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的装置的结构示意图，图中所示装置包括：
频谱采集模块10，用于获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
频谱处理模块20，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱；
故障诊断模块30，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
故障定位模块40，用于当所述转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
作为本发明的一个实施例，频谱处理模块包括：单双端处理单元，用于根据已获得的转子绕组的初始频谱，采用单端方式，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱；或根据当前频谱，确定两端口的相对比值频谱。
作为本发明的一个实施例，频谱处理模块包括：截止频率单元，用于根据转子绕组的阻抗频谱高频段主峰值后的衰减特征，确定比值频谱的截止频率。
作为本发明的一个实施例，频谱处理模块包括：基础频谱提取单元，用于对于比值频谱的幅频特性或相频特性，通过小波分解或者频域滤波滤除频谱局部小的波动，提取能够反映整体趋势的基础频谱。
作为本发明的一个实施例，故障定位模块包括：增强区数目单元，用于确定所述幅频特性在所述截止频率前对应的增强区数目；第一故障定位单元，用于根据所述增强区数目确定匝间短路故障位置。
作为本发明的一个实施例，故障定位模块包括：超前区数目单元，用于确定所述相频特性在所述截止频率前对应的超前区数目；第二故障定位单元，用于根据所述超前区数目确定匝间短路故障位置。
作为本发明的一个实施例，装置还包括：对端转换模块，用于当所述比值频谱的增益值或相位值波动较小时，改用转子绕组当前端口的对端口频域输入阻抗对应的比值频谱重新确定匝间短路的故障位置。
基于与上述一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的装置。由于该一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的装置解决问题的原理与一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法相似，因此该一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的装置的实施可以参见一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明针对发电机转子绕组利用双端阻抗频域特性进行诊断的方式，利用各包绕组匝间短路故障时频谱的特征规律并结合比值谱进行了解决，诊断具有较高的灵敏度，实施方便，可实现对故障位置的准确定位，且得到了转子绕组本身相对固化的指纹信息，信息量丰富，有利于实现故障诊断的标准化。
本发明实施例还提供计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置。
基于与上述一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法相同的申请构思，本发明还提供了上述一种计算机设备及一种计算机可读存储介质。由于该一种计算机设备及一种计算机可读存储介质解决问题的原理与一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法相似，因此该一种计算机设备及一种计算机可读存储介质的实施可以参见一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法的实施，重复之处不再赘述。
本发明针对发电机转子绕组利用双端阻抗频域特性进行诊断的方式，利用各包绕组匝间短路故障时频谱的特征规律并结合比值谱进行了解决，诊断具有较高的灵敏度，实施方便，可实现对故障位置的准确定位，且得到了转子绕组本身相对固化的指纹信息，信息量丰富，有利于实现故障诊断的标准化。
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。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (12)
1.一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置；
其中，所述利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置包括：
根据增强区数目Nm与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
Nm＝k-1
其中，k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数，对比值阻抗频谱的增强区进行计数，得到Nm，即可求得故障点包数k；或者
根据相位超前区数目Na与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
Na＝k-1
其中，k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数，对比值频谱的相位超前区进行计数，得到Na，即可求得故障点包数k。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱包括：
根据已获得的转子绕组的初始频谱，采用单端方式，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱；或
根据当前频谱，确定两端口的相对比值频谱。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定比值频谱的截止频率包括：根据转子绕组的阻抗频谱高频段主峰值后的衰减特征，确定比值频谱的截止频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取基础频谱包括：对于比值频谱的幅频特性或相频特性，通过小波分解或者频域滤波滤除频谱局部小的波动，提取能够反映整体趋势的基础频谱。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述比值频谱的增益值或相位值波动较小时，改用转子绕组当前端口的对端口频域输入阻抗对应的比值频谱重新确定匝间短路的故障位置。
6.一种发电机转子匝间短路故障诊断及定位的装置，其特征在于，所述装置包括：
频谱采集模块，用于获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
频谱处理模块，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱；
故障诊断模块，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
故障定位模块，用于当所述转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置；
其中，所述故障定位模块还用于：
根据增强区数目Nm与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
Nm＝k-1
其中，k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数，对比值阻抗频谱的增强区进行计数，得到Nm，即可求得故障点包数k；或者
根据相位超前区数目Na与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
Na＝k-1
其中，k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数，对比值频谱的相位超前区进行计数，得到Na，即可求得故障点包数k。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述频谱处理模块包括：单双端处理单元，用于根据已获得的转子绕组的初始频谱，采用单端方式，根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱；或根据当前频谱，确定两端口的相对比值频谱。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述频谱处理模块包括：截止频率单元，用于根据转子绕组的阻抗频谱高频段主峰值后的衰减特征，确定比值频谱的截止频率。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述频谱处理模块包括：基础频谱提取单元，用于对于比值频谱的幅频特性或相频特性，通过小波分解或者频域滤波滤除频谱局部小的波动，提取能够反映整体趋势的基础频谱。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：对端转换模块，用于当所述比值频谱的增益值或相位值波动较小时，改用转子绕组当前端口的对端口频域输入阻抗对应的比值频谱重新确定匝间短路的故障位置。
11.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置；
其中，所述利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置包括：
根据增强区数目Nm与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
Nm＝k-1
其中，k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数，对比值阻抗频谱的增强区进行计数，得到Nm，即可求得故障点包数k；或者
根据相位超前区数目Na与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
Na＝k-1
其中，k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数，对比值频谱的相位超前区进行计数，得到Na，即可求得故障点包数k。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取相同测试条件下转子绕组的频域输入阻抗初始频谱及频域输入阻抗当前频谱；
根据初始频谱及当前频谱，确定同一端口下当前频谱相对于初始频谱的比值频谱，或者根据当前频谱，确定两端口的比值频谱；
确定比值频谱的截止频率，提取基础频谱，根据截止频率前比值频谱的幅频特性或相频特性是否存在波动判断转子绕组是否存在匝间短路；
当转子绕组存在匝间短路时，利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置；
其中，所述利用比值频谱截止频率前的幅频特性的增强区数目或相频特性的超前区数目，确定匝间短路的故障位置包括：
根据增强区数目Nm与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
Nm＝k-1
其中，k＝1，2……Np，Np为每极绕组包数，对比值阻抗频谱的增强区进行计数，得到Nm，即可求得故障点包数k；或者
根据相位超前区数目Na与匝间短路故障点所在包数k满足的以下关系：
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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