CN113075584B - 定子换位线棒的股线短路故障检测方法 - Google Patents

定子换位线棒的股线短路故障检测方法 Download PDF

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Abstract

定子换位线棒的股线短路故障检测方法，涉及定子绕组检测技术领域。本发明是为了对大型发电机定子绕组换位线棒制备过程中股线短路故障进行检测。本发明所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，首先进行仿真和端部磁场检测，进而计算其磁场变化率和偏差，实现对定子换位线棒是否出现股线短路故障的检测，对于评价定子换位线棒制造工艺的优劣有重要的指导意义。相对于传统定子换位线棒检测方法，本发明无需制作样机，易于实现且试验方法灵活，能够在大型电机整体装配前，对定子换位线棒进行高效、快捷和准确的检测，减少了不必要的成本。

Description

定子换位线棒的股线短路故障检测方法
技术领域
本发明属于定子绕组检测技术领域。
背景技术
大型电机是电力系统及驱动系统的重要装备之一，大型电机的单机容量大，发生故障后的影响巨大，而定子换位线棒作为大型电机的核心，其运行性能直接决定了大型电机的安全稳定。
大型电机的定子换位线棒常采用外层包裹绝缘材料的换位扁铜线来减少运行过程中的涡流损耗和环流损耗，其中定子换位线棒的股线绝缘厚度极薄，因此在定子换位线棒的制备过程中极易损坏股线的绝缘。通过对股线短路故障进行特性分析发现，严重的股线短路故障会造成股线电流的大幅升高，从而造成短路股线温度急剧升高，极易造成故障扩大。目前对大型发电机定子绕组短路故障的研究主要集中于对定子绕组的匝间短路、相间短路和接地短路故障方面，对于定子换位线棒制备过程中股线短路故障的检测仍缺乏有效可行的方法。
发明内容
本发明是为了对大型发电机定子绕组换位线棒制备过程中股线短路故障进行检测，现提供定子换位线棒的股线短路故障检测方法。
定子换位线棒的股线短路故障检测方法，包括以下步骤：
步骤一：在被测定子换位线棒上分别加载50Hz、100％额定电流，50Hz、70％额定电流，50Hz、50％额定电流；
步骤二：分别测得每种加载电流下被测定子换位线棒各个测量点处的磁感应强度，并计算相邻两个测量点之间的被测磁感应强度变化率；
步骤三：计算各被测磁感应强度变化率与仿真磁感应强度变化率之间的偏差；
步骤四：提取被测定子换位线棒中两端偏差均大于10％的一对股线，将这对股线标记为突变股线组；
步骤五：至少计算3次突变股线组在50Hz、100％额定电流条件下的磁感应强度变化率；
步骤六：对突变股线组的每一次磁感应强度变化率均进行中值滤波，分别计算每一次滤波结果与仿真磁感应强度变化率之间的偏差，当每一次偏差均大于10％时，则被测定子换位线棒出现股线短路故障。
进一步的，上述步骤二中，所有测量点平均位于被测定子换位线棒两端部中间段的中线上，且每一根股线表面均有一个测量点。
进一步的，上述步骤二中，每个测量点与所在股线中心之间的距离均相同，该距离的范围为1mm～5mm，所述股线中心为测量点所在股线横截面的几何中心。
进一步的，上述步骤二中，根据下式计算相邻两个测量点之间的磁感应强度变化率：
ΔBi+1,i＝Bi+1-Bi，
其中，ΔBi+1,i为第i+1个测量点和第i个测量点之间的磁感应强度变化率，Bi+1和Bi分别为第i+1和i个测量点处的磁感应强度，i为测量点的位置编号。
进一步的，上述步骤三中，根据下式计算偏差：
Figure BDA0003022152850000021
其中，Δ(％)为偏差，Bm为被测磁感应强度变化率，Bn为仿真磁感应强度变化率。
进一步的，上述被测定子换位线棒为N根，N根被测定子换位线棒分别置入定子铁心的上、下层中。
进一步的，上述步骤三中所述仿真磁感应强度变化率根据以下步骤获得：
步骤01：构建与被测定子换位线棒的型号、数量和定子铁心尺寸相同的物理模型，该物理模型中的定子换位线棒为无故障定子换位线棒；
步骤02：在无故障定子换位线棒上设置与测量点位置相同、数量相同的仿真点；
步骤03：建立物理模型的三维电磁场计算模型，在三维电磁场计算模型中分别加载50Hz、100％额定电流，50Hz、70％额定电流，50Hz、50％额定电流；
步骤04：分别提取每种加载电流下各个仿真点处的磁感应强度，并计算相邻两个仿真点之间的仿真磁感应强度变化率。
进一步的，上述定子换位线棒的股线短路故障检测方法还包括故障股线定位步骤：
当突变股线组数量大于等于2时，且存在相邻的突变股线组，则同时存在于两个相邻突变股线组的股线为故障股线。
进一步的，上述在步骤一之前，首先将每一根被测定子换位线棒中的所有股线并联，然后再将N根被测定子换位线棒并联。
进一步的，上述在测量每种加载电流下被测定子换位线棒各个测量点处的磁感应强度时，每个测量点处至少测量20ms。
本发明所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，首先进行仿真和端部磁场检测，进而计算其磁场变化率和偏差，实现对定子换位线棒是否出现股线短路故障的检测，对于评价定子换位线棒制造工艺的优劣有重要的指导意义。相对于传统定子换位线棒检测方法，本发明无需制作样机，易于实现且试验方法灵活，能够在大型电机整体装配前，对定子换位线棒进行高效、快捷和准确的检测，减少了不必要的成本。
附图说明
图1为具体实施方式一所述定子换位线棒的股线短路故障检测方法的流程图；
图2为被测定子换位线棒两端部磁场测量区域示意图；
图3为图2中A-A'向剖视图，其中黑点表示测量点。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至3具体说明本实施方式，本实施方式所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，以2根定子换位线棒作为被测样本，将2根被测定子换位线棒分别置入单槽定子铁心的上、下层槽中。将上层、下层的电子换位线棒进行并联。下层定子换位线棒与定子铁芯槽底之间，上层、下层定子换位线棒之间，以及定子换位线棒与定子齿之间均放置有绝缘垫条。在2根被测定子换位线棒上分别设置与股线数量相同的多个测量点，保证每根股线上均有一个测量点。同时，多个测量点均位于被测定子换位线棒两端部中间段的中线上。每个测量点与所在股线中心之间的距离均相同，该距离的范围为1mm～5mm，所述股线中心为测量点所在股线横截面的几何中心。经过上述操作构成被测结构。
然后依据被测结构中被测定子换位线棒的型号、数量以及单槽定子铁芯的尺寸、结构构建与被测结构相同的仿真物理模型。该仿真物理模型与被测结构的区别在于仿真物理模型中的定子换位线棒为正常无故障的定子换位线棒。并在正常无故障的定子换位线棒上设置与被测结构中测量点位置相同、数量相同的仿真点。相同位置的测量点与仿真点一一对应。
在上述准备工作完成之后进行以下步骤：
步骤一：将有载调压变压器的二次侧连接被测定子换位线棒，调节有载调压变压器，在两根被测定子换位线棒上均依次加载50Hz、100％额定电流，50Hz、70％额定电流，50Hz、50％额定电流。
同时，建立仿真物理模型的三维电磁场计算模型，三维电磁场计算模型中采用与上述相同方式在两根无故障的定子换位线棒上均依次加载50Hz、100％额定电流，50Hz、70％额定电流，50Hz、50％额定电流。
步骤二：通过霍尔传感器，在上、下层两根被测定子换位线棒的4个测量区域中，分别测得3种加载电流下每根被测定子换位线棒各个测量点处的磁感应强度，并根据下式计算同一根被测定子换位线棒中相邻两个测量点之间的被测磁感应强度变化率：
ΔBi+1,i＝Bi+1-Bi，
其中，ΔBi+1,i为第i+1个测量点和第i个测量点之间的磁感应强度变化率，Bi+1和Bi分别为第i+1和i个测量点处的磁感应强度，i为测量点的位置编号。
在测量每种加载电流下被测定子换位线棒各个测量点处的磁感应强度时，每个测量点处至少测量20ms。
同时，按照相同方法，分别提取仿真物理模型每种加载电流下各个仿真点处的磁感应强度，并计算相邻两个仿真点之间的仿真磁感应强度变化率。
步骤三：利用下式计算相互对应的测量点与仿真处被测磁感应强度变化率与仿真磁感应强度变化率之间的偏差：
Figure BDA0003022152850000041
其中，Δ(％)为偏差，Bm为被测磁感应强度变化率，Bn为仿真磁感应强度变化率。
步骤四：提取被测定子换位线棒中两端偏差均大于10％的一对股线，将这对股线标记为突变股线组。如果偏差均未超过10％，则证明被测定子换位线棒无故障。
步骤五：至少计算3次突变股线组在50Hz、100％额定电流条件下的磁感应强度变化率，并对每一次磁感应强度变化率均进行中值滤波。
步骤六：分别计算每一次滤波结果与仿真磁感应强度变化率之间的偏差，当每一次偏差均大于10％时，则被测定子换位线棒出现股线短路故障；否则被测定子换位线棒未出现股线短路故障。
本实施方式所述的大型电机定子换位线棒的股线短路故障检测方法，以少量定子换位线棒为检测对象，通过调节被测定子换位线棒的运行条件，对被测定子换位线棒进行端部磁场测量，经计算后对测量结果对比分析，得到定子换位线棒的股线短路情况；应用本实施方式所述的方法能够对定子换位线棒的进行直接检测，无需制作整机，解决了定子换位线棒股线短路故障的直接检测问题。本实施方式易于实现，减少了生产成本。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法作进一步说明，本实施方式中，进一步的对故障股线进行定位，具体方法如下：
当突变股线组数量大于等于2时，且存在相邻的突变股线组，则同时存在于两个相邻突变股线组的股线为故障股线。
例如：有两个突变股线组，一个突变股线组中的两根股线为1号股线和2号股线，另一个突变股线组中的两根股线为2号股线和3号股线。则确定2号股线为故障股线，从而实现对故障股线的定位。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在被测定子换位线棒上分别加载50Hz、100％额定电流，50Hz、70％额定电流，50Hz、50％额定电流；
步骤二：分别测得每种加载电流下被测定子换位线棒各个测量点处的磁感应强度，并计算相邻两个测量点之间的被测磁感应强度变化率；
步骤三：计算各被测磁感应强度变化率与仿真磁感应强度变化率之间的偏差；
步骤四：提取被测定子换位线棒中两端偏差均大于10％的一对股线，将这对股线标记为突变股线组；
步骤五：至少计算3次突变股线组在50Hz、100％额定电流条件下的磁感应强度变化率；
步骤六：对突变股线组的每一次磁感应强度变化率均进行中值滤波，分别计算每一次滤波结果与仿真磁感应强度变化率之间的偏差，当每一次偏差均大于10％时，则被测定子换位线棒出现股线短路故障；
步骤二中，所有测量点平均位于被测定子换位线棒两端部中间段的中线上，且每一根股线表面均有一个测量点。
2.根据权利要求1所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，步骤二中，每个测量点与所在股线中心之间的距离均相同，该距离的范围为1mm～5mm，
所述股线中心为测量点所在股线横截面的几何中心。
3.根据权利要求1所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，步骤二中，根据下式计算相邻两个测量点之间的磁感应强度变化率：
ΔBi+1,i＝Bi+1-Bi，
其中，ΔBi+1,i为第i+1个测量点和第i个测量点之间的磁感应强度变化率，Bi+1和Bi分别为第i+1和i个测量点处的磁感应强度，i为测量点的位置编号。
4.根据权利要求1所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，步骤三中，根据下式计算偏差：
Figure FDA0003265199200000011
其中，Δ(％)为偏差，Bm为被测磁感应强度变化率，Bn为仿真磁感应强度变化率。
5.根据权利要求1或2所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，被测定子换位线棒为N根，N根被测定子换位线棒分别置入定子铁心的上、下层中。
6.根据权利要求5所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，步骤三中所述仿真磁感应强度变化率根据以下步骤获得：
步骤01：构建与被测定子换位线棒的型号、数量和定子铁心尺寸相同的物理模型，该物理模型中的定子换位线棒为无故障定子换位线棒；
步骤02：在无故障定子换位线棒上设置与测量点位置相同、数量相同的仿真点；
步骤03：建立物理模型的三维电磁场计算模型，在三维电磁场计算模型中分别加载50Hz、100％额定电流，50Hz、70％额定电流，50Hz、50％额定电流；
步骤04：分别提取每种加载电流下各个仿真点处的磁感应强度，并计算相邻两个仿真点之间的仿真磁感应强度变化率。
7.根据权利要求1所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，还包括故障股线定位步骤：
当突变股线组数量大于等于2时，且存在相邻的突变股线组，则同时存在于两个相邻突变股线组的股线为故障股线。
8.根据权利要求5所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，在步骤一之前，首先将每一根被测定子换位线棒中的所有股线并联，然后再将N根被测定子换位线棒并联。
9.根据权利要求1、2、3、4、6、7或8所述的定子换位线棒的股线短路故障检测方法，其特征在于，在测量每种加载电流下被测定子换位线棒各个测量点处的磁感应强度时，每个测量点处至少测量20ms。
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