基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法，包括选取在同步发电机定子铁心上相隔整数倍极距的2个穿心螺杆，各取穿心螺杆的一段，通过定子铁心段间间隙向外引出测量线。在同步发电机运行过程中，在线采集2段穿心螺杆的输出电压，将2段穿心螺杆的输出电压相加或做差，当结果超出设定阈值时，判定该同步发电机存在转子绕组匝间短路故障。本发明专利技术能够改进现有技术的不足，提高此类故障的诊断水平。

Diagnosis method of interturn short circuit of rotor winding of synchronous generator based on twin screw

The invention discloses a short-circuit diagnosis method of rotor winding of synchronous generator based on double screw, including the selection of 2 bolt in synchronous generator stator core are integer distance, a section of the bolt, through the stator core section of the gap between the measuring line outwards. In synchronous generator operation, the output voltage of 2 screw through online acquisition, the sum of output voltage 2 through bolts or do bad, when the result exceeds the set threshold, to judge the existence of synchronous generator rotor winding interturn short circuit fault. The invention can improve the deficiency of the prior art and improve the diagnosis level of the fault.

【技术实现步骤摘要】
基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法
本专利技术涉及发电机
，尤其是一种基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法。
技术介绍
转子绕组匝间短路故障是同步发电机的常见故障，该故障的进一步恶化可能造成同步发电机振动加剧，甚至引起转子一点接地、转子二点接地、失磁以及大轴磁化等问题。因此，同步发电机的转子绕组匝间短路故障应引起足够的重视，采用在线诊断方法检测同步发电机转子绕组匝间短路故障是未来的发展趋势。目前已提出的同步发电机转子绕组匝间短路故障在线诊断方法主要有：探测线圈法、励磁电流法、定子绕组并联支路环流法、虚功率法、期望电势法、定子探测线圈法、轴电压法和端部漏磁通法等。其中一些检测方法是依赖于励磁电流的准确测量的，如励磁电流法、虚功率法和期望电势法等。然而，对于无刷励磁同步发电机，励磁电流是无法准确测量的，故这些方法不适用于无刷励磁同步发电机。一些检测方法理论上具有较高的灵敏度，如定子绕组并联支路环流法、定子探测线圈法、轴电压法和端部漏磁通法等，但实用性较差。对于定子绕组并联支路环流法，由于当前同步发电机(特别是汽轮发电机)定子各相绕组的并联支路没有安装独立的电流互感器，仅安装了测量相电流的互感器，定子绕组并联支路环流法不具备采集数据的条件，无法投入实际应用；定子探测线圈法需要在发电机定子槽中放置大尺寸的探测线圈，可能危害到定子绕组的绝缘，可靠性和安全性是需要首先解决的问题。轴电压法需要在发电机两端安装轴电压测量碳刷，由于碳刷与大轴的接触可靠性较差，影响了采集信号质量，目前少有应用。端部漏磁通法要在发电机端部漏磁路上安装磁通检测线圈(一般在上、下端盖结合面上打孔)，目前未见这方面的尝试。此外，已提出的在线检测方法的灵敏度和可靠性普遍偏低，对于轻微转子绕组匝间短路故障的检测能力有限。以探测线圈法为例，该方法通过检测汽轮发电机转子槽口漏磁通变化诊断转子绕组匝间短路故障，该方法在发电机负载运行时的检测灵敏度急剧下降，难以灵敏地发现转子绕组匝间短路故障。在上述提出的在线检测方法中，很多方法只适用于汽轮发电机，并不适用于水轮发电机。这是因为：水轮发电机极对数多达数十对极，转速低，空间尺寸大，定子绕组的分支较多。某一磁极的转子绕组发生匝间短路故障至影响局部的相关电气量，对整个发电机的影响相对较小，因此，励磁电流法、虚功率法、期望电势法、轴电压法和端部漏磁等很难灵敏地检测出水轮发电机的转子绕组匝间短路故障。水轮发电机的转子为凸极结构，绕组为集中式，汽轮发电机最常采用的探测线圈法也不适用于水轮发电机，因为探测线圈仅能检测转子槽口处集中的漏磁通，无法检测水轮发电机的分布式主磁通。总之，尽管目前对同步发电机的转子绕组匝间短路故障诊断十分重视，但实用且性能优异的在线检测方法严重匮乏，有一些方法只适用于同步发电机中的汽轮发电机，不适用于水轮发电机。因此，有必要进一步提高此类故障的诊断水平，开发具有良好的实用性和通用性的同步发电机转子绕组匝间短路在线检测方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法，能够解决现有技术的不足，提高此类故障的诊断水平。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于包括以下步骤：A、选取同步发电机定子铁心上相隔一定距离的两个穿心螺杆，在每个穿心螺杆上选取同部位的等长段，向外引出测量线，利用数据采集装置采集两个穿心螺杆的输出电压信号；B、在发电机运行过程中，对数据采集装置采集到的两个穿心螺杆的感应电压进行实时处理，将两个穿心螺杆的感应电压做差或相加，当计算结果超出设定阈值时，判定该同步发电机存在转子绕组匝间短路故障。作为优选，选取的两个穿心螺杆之间的距离为发电机极距的整数倍。作为优选，当选取的两个穿心螺杆之间的距离为发电机极距的奇数倍时，将两个穿心螺杆的输出电压相加；当选取的两个穿心螺杆之间的距离为发电机极距的偶数倍时，将两个穿心螺杆的输出电压做差。作为优选，两个穿心螺杆的输出电压做差或相加的结果，其大小与转子绕组匝间短路故障程度成正比。作为优选，故障判定阈值设定为5V。采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本专利技术的诊断方法能够在线诊断同步发电机的转子绕组匝间短路故障，信号处理十分简单，采用双螺杆可以排除发电机运行工况变化对检测效果的影响，具有较高的抗干扰能力和诊断精度。这对于防止同步发电机转子绕组匝间短路故障恶化、降低非计划停运时间造成的经济损失以及提高电力系统稳定性都有着重要意义。附图说明图1是转子绕组匝间短路后的励磁磁势示意图；图2是双螺杆法的测量原理图；图3是同步发电机的二维仿真模型；图4是同步发电机空载时单旋转周期内穿心螺杆处的径向磁场；图5是同步发电机额定负载时单旋转周期内穿心螺杆处的径向磁场；图6是同步发电机空载转子绕组正常时2个穿心螺杆的感应电压波形；图7是同步发电机空载转子12号槽绕组短路1匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图8是同步发电机空载转子12号槽绕组短路2匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图9是同步发电机空载转子12号槽绕组短路3匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图10是同步发电机空载转子12号槽绕组短路4匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图11是同步发电机空载转子12号槽绕组1—4匝短路时2个穿心螺杆的感应电压差；图12同步发电机额定负载转子绕组正常时2个穿心螺杆的感应电压波形；图13同步发电机额定负载转子12号槽绕组短路1匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图14同步发电机额定负载转子12号槽绕组短路2匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图15同步发电机额定负载转子12号槽绕组短路3匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图16同步发电机额定负载转子12号槽绕组短路4匝时2个穿心螺杆的感应电压波形；图17是同步发电机额定负载转子12号槽绕组1—4匝短路时2个穿心螺杆的感应电压差。图18是同步发电机空载励磁电流变化且转子12号槽绕组短路1匝时2个穿心螺杆的感应电压差。图中：1、故障槽对应的磁势阶跃，2、定子铁心，3、转子铁心，4、定子绕组，5、转子绕组，6、测量引线，7、数据采集及分析装置，8、穿心螺杆。具体实施方式本专利技术中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。文中各符号清单为：ωr、转子旋转的机械角速度；L、穿心螺杆的轴向有效长度；R、穿心螺杆与发电机中心的距离；Br、径向磁通密度；θr、沿转子圆周的机械角度；Ff、转子绕组匝间短路故障后的励磁磁势；v、穿心螺杆切割径向磁通密度的速度。本专利技术一个具体实施方式包括以下步骤：选取同步发电机定子铁心上相隔一定距离的两个穿心螺杆，在每个穿心螺杆上选取同部位的等长段，向外引出测量线，利用数据采集装置采集两个穿心螺杆的输出电压信号；在发电机运行过程中，对数据采集装置采集到的两个穿心螺杆的感应电压进行实时处理，将两个穿心螺杆的感应电压做差或相加，当计算结果超出设定阈值时，判定该同步发电机存在转子绕组匝间短路故障。选取的两个穿心螺杆之间的距离为发电机极距的整数倍。当选取的两个穿心螺杆之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于包括以下步骤：A、选取同步发电机定子铁心上相隔一定距离的两个穿心螺杆，在每个穿心螺杆上选取同部位的等长段，向外引出测量线，利用数据采集装置采集两个穿心螺杆的输出电压信号；B、在发电机运行过程中，对数据采集装置采集到的两个穿心螺杆的感应电压进行实时处理，将两个穿心螺杆的感应电压做差或相加，当计算结果超出设定阈值时，判定该同步发电机存在转子绕组匝间短路故障。

【技术特征摘要】
1.一种基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于包括以下步骤：A、选取同步发电机定子铁心上相隔一定距离的两个穿心螺杆，在每个穿心螺杆上选取同部位的等长段，向外引出测量线，利用数据采集装置采集两个穿心螺杆的输出电压信号；B、在发电机运行过程中，对数据采集装置采集到的两个穿心螺杆的感应电压进行实时处理，将两个穿心螺杆的感应电压做差或相加，当计算结果超出设定阈值时，判定该同步发电机存在转子绕组匝间短路故障。2.根据权利要求1所述的基于双螺杆的同步发电机转子绕组匝间短路诊断方法，其特征在于：选取的两个穿心螺杆之间的距离为发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：武玉才，王逸仙，蔡波冲，马倩倩，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北,13