CN116577543A - 一种同步调相机定子绕组故障在线诊断方法、装置、电子设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种同步调相机定子绕组故障在线诊断方法、装置、电子设备及介质，包括：获取三相定子电流的基波相位、以及定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位的实时数据；若当前所获取到的零序电压基波幅值大于预设阈值，则判断为定子绕组发生故障；分别计算零序电压基波相位与各相定子电流基波相位之差的绝对值，获得三组相位差；若三组相位差均满足第一判断指标，则故障诊断为定子绕组匝间短路故障，且是相位差最小的那一相定子发生了故障；若三组相位差均满足第二判断指标，则故障诊断为定子电阻不平衡故障，且是相位差最大的那一相定子发生了故障。本发明能够精准的在线诊断出定子绕组的故障位置和故障类型。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统检修技术领域，具体涉及一种同步调相机定子绕组故障在线诊断方法、装置、电子设备及介质。
背景技术
近年来，特高压直流输电系统因其大容量、长距离、高效率等优点在我国得到大力发展；与此同时，特高压直流输电系统存在的动态无功供给不足和电压支撑能力较弱等问题也亟待解决；而新型同步调相机具有跟踪速度快、补偿范围广、单机容量大等突出优点，能够根据输电系统的需求，灵活调节其所发出的无功功率，来对电网进行无功补偿，因此在特高压直流输电系统中得到广泛运用。大型同步调相机在投入电网运行时，多在电网故障时承担维持电网电压的作用，而电网故障时冲击电流较大，容易引发同步调相机机体故障，其中，以定子绕组匝间短路故障和定子电阻不平衡故障最为常见，这也是对同步调相机危害最大的两种电气故障。
目前，对于同步调相机定子故障诊断方法多集中于定子绕组匝间短路故障，对于定子电阻不平衡故障的研究较为匮乏；并且现有的对定子绕组匝间短路故障和定子电阻不平衡故障这两种故障种类进行研究的诊断方法中，需要通过调节励磁电流观测零序电压幅值的变化来区分故障类型，这种方法不仅工作量较大，同时实际工作中的同步调相机如需调节励磁电流需要退出电网脱机工作，如果为了判别故障对机组进行退网，又将会影响到供电系统的正常输电工作；当调相机出现故障时，运维人员往往需要花费大量精力、成本去分析机组何处发生了哪种故障，并且当运维人员发现故障时，故障已经处于较为严重的状态；因此，如何实现同步调相机定子转绕组故障的实时检测诊断，并进行故障类型区分，对于保证调相机安全可靠运行和提高运维人员工作效率有着重要意义。
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定子绕组故障在线诊断方法、装置、电子设备及介质，能够在不退网的情况下实现同步调相机定子转绕组故障的在线诊断，并且可以精确辨别出故障位置和故障类型，以便及早采取应对措施，提高设备运行的安全性。
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，本发明提供了一种同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，所述同步调相机定子的电网侧装设有电阻平衡网络，所述方法包括：
获取三相定子电流的基波相位，以及所述同步调相机定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位的实时数据；
判断当前所获取到的零序电压基波幅值是否大于预设阈值，若是，则判断为定子绕组发生故障；
分别计算当前所获取到的零序电压基波相位与各相定子电流基波相位之差的绝对值，获得三组相位差；
若三组相位差均满足第一判断指标，则所述故障诊断为定子绕组匝间短路故障，且是相位差最小的那一相定子发生了故障；
若三组相位差均满足第二判断指标，则所述故障诊断为定子电阻不平衡故障，且是相位差最大的那一相定子发生了故障。
结合第一方面，优选的，所述电阻平衡网络的装设方法包括：
将三个相同的电阻分别并联在三相定子的电网侧并引出中心点。
结合第一方面，优选的，所述电阻的阻值为10kΩ。
结合第一方面，优选的，所述预设阈值为所述定子绕组正常运行时的零序电压基波幅值的30倍。
结合第一方面，优选的，所述三组相位差均满足第一判断指标包括：所述三组相位差的值分别落入第一预设范围、第二预设范围、第三预设范围。
结合第一方面，优选的，所述三组相位差均满足第二判断指标包括：所述三组相位差的值分别落入第四预设范围、第五预设范围、第六预设范围。
结合第一方面，优选的，第一预设范围为0°～5°；第二预设范围为115°～125°；第三预设范围为115°～125°；第四预设范围为55°～+65°；第五预设范围为55°～65°；第六预设范围为175°～185°。
第二方面，本发明提供了所述同步调相机定子的电网侧装设有电阻平衡网络，所述同步调相机定子的电网侧装设有电阻平衡网络，所述装置包括：
获取模块，用于获取三相定子电流的基波相位，以及所述同步调相机定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位的实时数据；
判断模块，用于判断当前所获取到的零序电压基波幅值是否大于预设阈值，若是，则判断为定子绕组发生故障；
计算模块，用于分别计算当前所获取到的零序电压基波相位与各相定子电流基波相位之差的绝对值，获得三组相位差；
第一故障诊断模块，用于若三组相位差均满足第一判断指标，则所述故障诊断为定子绕组匝间短路故障，且是相位差最小的那一相定子发生了故障；
第二故障诊断模块，用于若三组相位差均满足第二判断指标，则所述故障诊断为定子电阻不平衡故障，且是相位差最大的那一相定子发生了故障。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，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如第一方面任一所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面任一所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
1、本发明能够在同步调相机并网运行时在线进行故障诊断和故障类型区分，无需退网调节励磁电流进行诊断，并且本发明是基于小电压信号进行故障检测和故障类型区分，不会给电机带来电磁干扰和绝缘损伤；
2、本发明在获取三相定子电流的基波相位，以及所述同步调相机定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位时，只需对机组装设电阻平衡网络和四个传感器即可，需要采集的电气信息量较少，判断两种故障类型所使用的特征量均为零序电压基波与三相定子电流基波的相位差，将两种故障类型的诊断集中在一种方法和装置中，无需对调相机组装设过于复杂的监测装置，节约了成本、提高了诊断效率；
3、仅使用一个故障特征量即零序电压基波幅值，就可以诊断出调相机的定子绕组发生故障，并且在轻微故障状态下就能及时诊断出故障，避免机组发生严重故障；
4、判断故障类型所使用的特征量均为零序电压基波与三相定子电流基波的相位差，所设置特征值明确清晰，有具体数值，可以准确判断出故障类型，且无需根据同步调相机工况的改变去改变故障特征量的值。
5、通过电机内设置的传感器测量定子电流与零序电压，并对信号进行分析、处理，其诊断结果是实时可见的；
6、本发明可以实现调相机定子转绕组故障的在线诊断，并且可以精确辨别出故障位置和故障类型，以便及时给出对应的维护、检修、应急处理措施等指导性信息。
附图说明
图1为本发明实施例提供的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的同步调相机发生定子绕组匝间短路故障时的电路模型示意图；
图3为本发明实施例提供的同步调相机发生定子电阻不平衡故障的电路模型示意图；
图4为本发明实施例提供的同步调相机定子绕组故障在线诊断装置的结构原理框图。
具体实施方式
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符"/"，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
实施例一：
在特高压直流输电系统中，同步调相机的定子绕组匝间短路故障和定子绕组电阻不平衡故障均为同步调相机定子侧最为常见且破坏性较大的故障，一旦发生将对调相机组乃至输电系统的正常工作产生巨大的危害，因此能够对这两种故障做到及时诊断对日常检修工作具有重大意义；由于同步调相机采用三相三线制系统，缺少中性线无法直接测量零序电压的信息量，因此本发明实施例预先在同步调相机定子电网侧装设电阻平衡网络，参照图2或图3所示，装设的阻平衡网络包括：将三个相同的电阻rn＝10kΩ，分别并联在三相定子的电网侧并引出中心点；从而可以利用电压互感器测量电阻平衡网络中性点n与定子绕组中性点间0的零序电压，再根据零序电压基波相位与各相定子电流基波相位间的相位差，来判断故障类型；其中，在图2中，r表示同步调相机发生定子绕组匝间短路故障时的过渡电阻，iSC表示流经过渡电阻r的短路电流；在图3中，radd表示因同步调相机发生定子电阻不平衡所产生的附加电阻。
如图1所示，本发明实施例介绍一种同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，所述方法具体包括如下步骤：
步骤1:获取三相定子电流的基波相位、以及所述同步调相机定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位的实时数据；
其中，本发明实施例通过电流传感器监测三相定子电流基波相位θA、θB、θC，利用电压传感器监测n点与0点间的零序电压基波幅值V0np和相位θ0n。
步骤2:判断当前所获取到的零序电压基波幅值是否大于预设阈值，若是，则判断为定子绕组发生故障；
进一步说明的是，同步调相机正常工作时使用电压传感器依然可以测量到极小的零序电压基波幅值V0np；将正常工作状态下电压传感器所测得到值的30倍设置为预设阈值TH，当同步调相机零序电压V0np＞TH时，则判定同步调相机出现定子侧故障。
步骤3:分别计算当前所获取到的零序电压基波相位与各相定子电流基波相位之差的绝对值，获得三组相位差；
具体的计算公式为：dk＝|θ0n-θk|，k＝A、B、C；
若dk超过180°，则令dk＝360°-|θ0n-θk|)。
步骤4.1:若三组相位差均满足第一判断指标，则所述故障诊断为定子绕组匝间短路故障，且是相位差最小的那一相定子发生了故障；
作为本发明的一种实施例，考虑到故障带来的波动，当三组相位差的值dA、dB、dC分别落入这三个范围：0°～5°、115°～125°，115°～125°内时，则判定同步调相机发生定子绕组匝间短路故障，且故障发生在相位差的值在0°～5°范围内的那一相定子。
步骤4.2:若三组相位差均满足第二判断指标，则所述故障诊断为定子电阻不平衡故障，且是相位差最大的那一相定子发生了故障。
作为本发明的一种实施例，考虑到故障带来的波动，当三组相位差的值dA、dB、dC分别落入这三个范围：55°～+65°、55°～+65°，175°～185°内时，则判定同步调相机发生定子电阻不平衡故障，且故障发生在相位差的值在175°～185°范围内的那一相定子。
下面结合图2和图3进一步分析本发明方法可行性的理论依据；图2中，iA、iB、iC分别表示定子A相、B相、C相的电流；本实施例为方便说明，假设两种故障均发生在A相定子绕组中；利用电流传感器测量iA、iB、iC；利用电压传感器测量n点与0点间的零序电压V0n；为加以区别，使用V0n,1表示同步调相机发生定子绕组匝间短路故障时的零序电压；使用V0n,2表示同步调相机发生定子电阻不平衡故障时的零序电压；当调相机处于初期定子故障时，三相定子电流仍可视作近似对称，将三相定子电流表达为：
式中，IA表示定子A相电流幅值，θA表示定子A相电流相位。
进一步的，结合图2所示，当同步调相机发生定子绕组匝间短路故障时，零序电压的表达式为：
式中，V0n,1为发生定子绕组短路故障时的零序电压基波幅值，θ0n,1为发生定子绕组短路故障时的零序电压基波相位；μ为短路匝数比，ISC为短路电流幅值，Rs为定子绕组电阻，Ls为定子绕组电感，M为定子绕组不同支路间互感，ω为同步调相机角速度。
由v0n,1的表达式可以看出，当同步调相机发生定子绕组匝间短路故障时，零序电压将出现基波分量；此时零序电压基波的相位与发生故障的定子A相中的电流相位相同：|θ0n,1-θA|≈0°，即两者相位差接近于0°；且|θ0n,1-θB|≈120°、|θ0n,1-θC|≈120°，即零序电压基波与非故障相定子电流基波的相位差接近于120°。
进一步的，结合图3所示，当同步调相机发生定子电阻不平衡故障时，零序电压的表达式为：
式中，V0n,2为发生电阻不平衡故障时零序电压基波幅值，θ0n,2为发生电阻不平衡故障时零序电压基波相位；由v0n,2的表达式可以看出，当同步调相机发生定子电阻不平衡故障时，零序电压将出现基波分量；此时|θ0n,1-θA|≈180°，即零序电压的相位与发生故障的定子A相中的电流相位相差180°，并且|θ0n,1-θB|≈60°、|θ0n,1-θC|≈60°，即零序电压基波与非故障相定子电流基波的相位差接近于60°。
因此，本发明实施例先利用零序电压基波幅值的出现，即通过判断V0np＞TH诊断出同步调相机发生了定子故障；再利用零序电压基波与定子各相电流基波间的相位差判断出故障类型。
综上所述，本发明实施例提供的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，能够同时实现两种故障的在线诊断，其故障特征量相同，无需对调相机组装设过于复杂的监测装置，不仅节约了诊断成本，还保障了调相机安全可靠运行，提高了运维人员工作效率，适合推广运用。
实施例二：
如图4所示，本发明实施例提供了一种同步调相机定子绕组故障在线诊断装置，可以用于实施实施例一所述的方法，所述同步调相机定子的电网侧装设有电阻平衡网络，所述装置包括：
获取模块，用于获取三相定子电流的基波相位，以及所述同步调相机定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位的实时数据；
判断模块，用于判断当前所获取到的零序电压基波幅值是否大于预设阈值，若是，则判断为定子绕组发生故障；
计算模块，用于分别计算当前所获取到的零序电压基波相位与各相定子电流基波相位之差的绝对值，获得三组相位差；
第一故障诊断模块，用于若三组相位差均满足第一判断指标，则所述故障诊断为定子绕组匝间短路故障，且是相位差最小的那一相定子发生了故障；
第二故障诊断模块，用于若三组相位差均满足第二判断指标，则所述故障诊断为定子电阻不平衡故障，且是相位差最大的那一相定子发生了故障。
本发明实施例提供的同步调相机定子绕组故障在线诊断装置与实施例一提供的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法基于相同的技术构思，能够产生如实施例一所述的有益效果，在本实施例中未详尽描述的内容可以参见实施例一。
实施例三：
本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
处理器用于根据指令进行操作以执行根据实施例一中任一项方法的步骤。
实施例四：
本发明实施例提供了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，该计算机程序被处理器执行时，实现如实现实施例一中任一项方法的步骤。
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 (10)
1.一种同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，其特征在于，所述同步调相机定子的电网侧装设有电阻平衡网络，所述方法包括：
获取三相定子电流的基波相位，以及所述同步调相机定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位的实时数据；
判断当前所获取到的零序电压基波幅值是否大于预设阈值，若是，则判断为定子绕组发生故障；
分别计算当前所获取到的零序电压基波相位与各相定子电流基波相位之差的绝对值，获得三组相位差；
若三组相位差均满足第一判断指标，则所述故障诊断为定子绕组匝间短路故障，且是相位差最小的那一相定子发生了故障；
若三组相位差均满足第二判断指标，则所述故障诊断为定子电阻不平衡故障，且是相位差最大的那一相定子发生了故障。
2.根据权利要求1所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，其特征在于，所述电阻平衡网络的装设方法包括：
将三个相同的电阻分别并联在三相定子的电网侧并引出中心点。
3.根据权利要求2所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，其特征在于，所述电阻的阻值为10kΩ。
4.根据权利要求1所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，其特征在于，所述预设阈值为所述定子绕组正常运行时的零序电压基波幅值的30倍。
5.根据权利要求1至4任一所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，其特征在于，所述三组相位差均满足第一判断指标包括：所述三组相位差的值分别落入第一预设范围、第二预设范围、第三预设范围。
6.根据权利要求5所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，其特征在于，所述三组相位差均满足第二判断指标包括：所述三组相位差的值分别落入第四预设范围、第五预设范围、第六预设范围。
7.根据权利要求6所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法，其特征在于，第一预设范围为0°～5°；第二预设范围为115°～125°；第三预设范围为115°～125°；第四预设范围为55°～+65°；第五预设范围为55°～65°；第六预设范围为175°～185°。
8.一种同步调相机定子绕组故障在线诊断装置，所述同步调相机定子的电网侧装设有电阻平衡网络，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取三相定子电流的基波相位，以及所述同步调相机定子绕组中性点与电阻平衡网络的中性点之间的零序电压基波幅值与相位的实时数据；
判断模块，用于判断当前所获取到的零序电压基波幅值是否大于预设阈值，若是，则判断为定子绕组发生故障；
计算模块，用于分别计算当前所获取到的零序电压基波相位与各相定子电流基波相位之差的绝对值，获得三组相位差；
第一故障诊断模块，用于若三组相位差均满足第一判断指标，则所述故障诊断为定子绕组匝间短路故障，且是相位差最小的那一相定子发生了故障；
第二故障诊断模块，用于若三组相位差均满足第二判断指标，则所述故障诊断为定子电阻不平衡故障，且是相位差最大的那一相定子发生了故障。
9.一种电子设备，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至7任一项所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法的步骤。
10.一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，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的同步调相机定子绕组故障在线诊断方法的步骤。
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| CN (1) | CN116577543A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116937499A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-10-24 | 南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院 | 变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法及装置 |
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2023
- 2023-05-18 CN CN202310564642.3A patent/CN116577543A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116937499A (zh) * | 2023-09-06 | 2023-10-24 | 南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院 | 变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法及装置 |
| CN116937499B (zh) * | 2023-09-06 | 2024-02-09 | 南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院 | 变速抽蓄机组转子断相不平衡故障保护方法及装置 |
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