一種確定電機勵磁繞組匝間短路故障位置的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種能夠確定同步電機勵磁線圈應間短路故障位置的方法，屬于電機
技術領域。
【背景技術】
[0002] 同步電機廣泛應用于電力系統、工業化生產等領域，勵磁線圈應間短路故障是同 步電機的頻發故障，該故障有靜態應間短路和動態應間短路兩種情況。
[0003] 靜態應間短路不隨轉子轉動狀態和運行工況而變化，可在停機時檢測出來。大型 同步電機靜態應間短路故障的檢測與定位已有較成熟的方法，一般通過常規實驗，如基于 轉子繞組的交流阻抗和功率損耗試驗、轉子繞組極平衡試驗、RSO重復脈沖試驗等來確定應 間短路的程度及位置。
[0004] 基于轉子繞組的交流阻抗和功率損耗試驗的基本原理是：在轉子繞組兩端施加交 流電壓，當勵磁繞組存在應間短路時，與電機正常時相比，轉子的交流阻抗下降，而功率損 耗增加，依此來判斷勵磁繞組是否存在應間短路W及應間短路的嚴重程度。
[0005] 轉子繞組極平衡試驗的基本原理是：分別測量每個磁極下繞組兩端的電壓，當不 同磁極下的電壓差超過標準要求時，可初步判斷存在應間短路線圈所在的磁極。
[0006] RSO重復脈沖試驗的基本原理是；在轉子兩極注入脈沖，當轉子繞組完全對稱，不 存在應間短路時，由轉子兩極注入的脈沖是基本重疊的，其合成的特性曲線應為一條幾乎 完全重合的曲線；當勵磁繞組存在應間短路時，由轉子兩極注入的脈沖信號就會存在偏差， 偏差越大，應間短路程度越嚴重。
[0007] 通過上述方法確定勵磁繞組存在應間短路后，可采用直流電壓法測量各個線圈的 電壓，再通過比較和計算即可確定應間短路的位置。但采用直流電壓法測量線圈電壓只適 合于具有福向通風孔的轉子，而對于其它型式的轉子，需要拆下套輸才能進行此試驗。
[000引動態應間短路是由于轉子高速旋轉過程中繞組間的相互擠壓及移位變形、勵磁繞 組的熱變形、通風不良引起的局部過熱W及金屬異物等引起的。動態應間短路只有在轉子 旋轉的過程中才表現出來，當電機停轉時很難利用上述常規實驗檢測出來。目前，檢測動態 應間短路常用的方法是氣隙線圈探測法。
[0009] 氣隙線圈探測法是預先在發電機定子膛的通風溝處安裝一個探測線圈，并使其盡 量靠近轉子鐵巧，當轉子旋轉時，該探測線圈可W檢測到氣隙中磁場的變化情況，對氣隙旋 轉磁場進行微分，然后通過分析微分波形就可W診斷轉子繞組是否存在應間短路故障W及 故障槽的位置。該方法適合在電機空載及機端=相對稱短路時監測發電機轉子是否存在應 間短路W及判斷短路的嚴重程度及位置。但是目前絕大多數電機出廠時未裝設探測線圈， 在已經投運的電機上加裝該線圈十分困難，也較難被用戶所接受，使該方法的應用范圍受 到了限制。
[0010] 總之，盡管國內外對同步電機勵磁繞組應間短路故障的檢測十分重視，但利用現 有的各種方法實現應間短路線圈的定位，尤其是動態應間短路的定位還存在一定的困難。 因此有必要進一步進行研究。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種確定電機勵磁繞組應間短路故 障位置的方法，W及時排除安全隱患，防止短路故障進一步蔓延。
[0012] 本發明所述問題是W下述技術方案實現的：
[0013] 一種確定電機勵磁繞組應間短路故障位置的方法，所述方法在同步電機運行過程 中采集定子繞組一條支路的電流信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到其各次諧波 幅值，然后從中找到作為故障特征諧波的由勵磁繞組應間短路引起的定子支路諧波電流， 并計算不同次數的故障特征諧波電流幅值之比，最后將該比值與事先通過仿真得到的比值 進行比較，找到與該比值相對應的故障，從而確定存在應間短路故障的線圈。
[0014] 上述確定電機勵磁繞組應間短路故障位置的方法，它按W下步驟進行：
[0015] a.針對電機的具體結構，確定由勵磁繞組應間短路在定子支路電流中引起的諧波 次數，從中選擇部分諧波電流作為故障特征諧波電流；
[0016] b.計算不同故障特征諧波幅值的比值，并將各個線圈分別應間短路時的比值建立 數據庫，Vi次故障特征諧波與V 2次故障特征諧波幅值的比值的計算公式為：
[0017]
【主權項】
1. 一種確定電機勵磁繞組匝間短路故障位置的方法，其特征是，所述方法在同步電機 運行過程中采集定子繞組一條支路的電流信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到其 各次諧波幅值，然后從中找到作為故障特征諧波的由勵磁繞組匝間短路引起的定子支路諧 波電流，并計算不同次數的故障特征諧波電流幅值之比，最后將該比值與事先通過仿真得 到的比值進行比較，找到與該比值相對應的故障，從而確定存在匝間短路故障的線圈。
2. 根據權利要求1所述的一種確定電機勵磁繞組匝間短路故障位置的方法，其特征 是，它按以下步驟進行： a. 針對電機的具體結構，確定由勵磁繞組匝間短路在定子支路電流中引起的諧波次 數，從中選擇部分諧波電流作為故障特征諧波電流； b. 計算不同故障特征諧波幅值的比值，并將各個線圈分別匝間短路時的比值建立數據 庫，次故障特征諧波與v2次故障特征諧波幅值的比值的計算公式為：
其中，0」為第j個勵磁線圈的短距比，kdpl為定子繞組基波的繞組因數，kdpvi為定子繞 組次諧波的繞組因數，kdpv2為定子繞組v2次諧波的繞組因數，xa、x。分別為每相電樞 反應電抗和漏抗，kvl、kv2分別為計算vv2次諧波電勢的系數； c. 利用電氣參數數據采集儀采集同步電機運行過程中的定子支路電流信號，并對該信 號進行快速傅立葉變換，獲得定子繞組支路電流頻譜圖，進而得到定子支路電流的各次諧 波幅值； d. 利用步驟c所獲得的諧波幅值數據，按照步驟b的計算方法，計算被測電機不同故障 特征諧波幅值之比； e. 將步驟d的計算結果與步驟b的計算結果相比對，在步驟b所建立的數據庫中找到 與步驟d的計算結果相對應的比值，則該比值所對應的線圈匝間短路故障即為被檢測電機 的故障。
【專利摘要】一種確定電機勵磁繞組匝間短路故障位置的方法，所述方法在同步電機運行過程中采集定子繞組一條支路的電流信號，并對該信號進行快速傅立葉變換，得到其各次諧波幅值，然后從中找到作為故障特征諧波的由勵磁繞組匝間短路引起的定子支路諧波電流，并計算不同次數的故障特征諧波電流幅值之比，最后將該比值與事先通過仿真得到的比值進行比較，找到與該比值相對應的故障，從而確定存在匝間短路故障的線圈。本發明無需在電機定子膛內安裝探測線圈就可實現勵磁繞組匝間短路故障的定位，具有定位準確度高、適用范圍廣等優點。本發明可幫助維修人員精確定位勵磁繞組匝間短路故障，為及時排除安全隱患，防止短路故障進一步蔓延創造了有利條件。
【IPC分類】G06F19-00, G01R31-34, G01R31-06
【公開號】CN104569733
【申請號】CN201510011621
【發明人】李俊卿, 史瑋明
【申請人】華北電力大學（保定）
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月9日