一种汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110161366A(43)申请公布日2019.08.23(21)申请号201910572674.1(22)申请日2019.06.28(71)申请人华北电力大学（保定）地址071000河北省保定市莲池区永华北大街619号(72)发明人马明晗李永刚武玉才(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350代理人李兴林(51)Int.Cl.G01R31/02(2006.01)G01R31/34(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书13页附图5页(54)发明名称一种汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法(57)摘要本发明公开了一种汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法。该方法包括以下步骤：1)通过建立发电机有限元模型，计算不同励磁绕组匝间短路故障引起的转子基频振动和相角作为故障诊断的样本集；2)在线实时采集发电机运行时的转子振动数据，求取所述振动数据与故障样本集的关联度，得到励磁绕组匝间短路的故障程度和故障位置。本发明提供的汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法，根据励磁绕组匝间短路故障引起的电磁和热不平衡对转子振动的影响，提取振动特征，具有很好的诊断灵敏度，且无需安装新的检测设备，提高了故障的诊断效率，具有简单易行、可靠性高的特点。CN110161366ACN110161366A权利要求书1/3页1.一种汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：1)通过建立发电机有限元模型，计算不同励磁绕组匝间短路故障引起的转子基频振动和相角作为故障诊断的样本集；2)在线实时采集发电机运行时的转子振动数据，求取所述振动数据与故障样本集的关联度，得到励磁绕组匝间短路的故障程度和故障位置。2.根据权利要求1所述的汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述发电机有限元模型包括发电机二维定转子电磁场有限元模型和发电机三维转子温度场有限元模型。3.根据权利要求2所述的汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述步骤1)通过建立发电机有限元模型，计算不同励磁绕组匝间短路故障引起的转子基频振动和相角作为故障诊断的样本集，具体包括：根据发电机二维定转子电磁场有限元模型计算不同故障情况下发电机转子受到的不平衡磁拉力，将其等效为转子不平衡离心力F1；根据发电机三维转子温度场有限元模型计算不同故障情况下发电机转子的不平衡温度分布，将转子热弯曲等效为转子不平衡离心力F2；根据转子不平衡离心力F1和转子不平衡离心力F2作为激励带入到转子运动方程中，采用Newmark隐式积分法求解转子的运动方程，得到转子的振动响应；根据振动响应求得不同情况的励磁绕组匝间短路的基频振动幅值Af1和相角差δf1，从而构成故障诊断的样本集。4.根据权利要求3所述的汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述根据发电机二维定转子电磁场有限元模型计算不同故障情况下发电机转子受到的不平衡磁拉力，将其等效为转子不平衡离心力F1，具体包括：汽轮发电机发生励磁绕组匝间短路故障时，气隙磁场发生畸变，根据公式计算转子受到的不平衡磁拉力，根据公式计算不平衡拉力的方向角；转子所受等效集中力为F＝ql，将等效集中力F等效为不平衡磁拉力Fu；2CN110161366A权利要求书2/3页根据公式计算不平衡磁拉力引起的转子弯矩M；根据公式计算电磁不平衡引起的转子弯曲产生的挠度；根据公式计算转子弯曲引起的质量偏心；2根据公式F1＝MRωe1计算转子不平衡离心力；式中，Fu为转子受到的不平衡磁拉力，FA、FB为转子两端的支反力，R为转子半径，l为转子轴向长度，μ0为真空磁导率，Bn为径向磁密，Bt为切向磁密，θs为差值点与参考坐标系的夹角，E为材料弹性模量，I为截面的惯性矩，M为转子弯矩，C、D为积分常数，C、D的值可以通过转子两侧转轴支撑处挠度为零确定，MR为转子质量，ω为转子旋转的角速度，q为转子上的均布载荷集度，F为转子轴向的剪力，Fx和Fy分别为不平衡磁拉力Fu的水平和垂直分量。5.根据权利要求3所述的汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障诊断方法，其特征在于，所述根据发电机三维转子温度场有限元模型计算不同故障情况下发电机转子的不平衡温度分布，将转子热弯曲等效为转子不平衡离心力F2，具体包括：根据公式计算转子x方向等效热弯矩；根据公式计算转子y方向等效热弯矩；根据公式计算转子截面等效热弯矩；根据公式计算等效热弯曲的方向角；根据公式计算温度不平衡引起的转子弯曲产生的挠度；3CN110161366A权利要求书3/3页根据公式计算转子弯曲引起的质量偏心；2根据公式F2＝MRωe2计算转子不平衡离心力；式中，E为材料弹性模量，I为截面的惯性矩，M