水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法.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CN107783006A(43)申请公布日2018.03.09(21)申请号201710972285.9(22)申请日2017.10.18(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)发明人李永刚王罗(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代理人汤东凤(51)Int.Cl.G01R31/02(2006.01)G01R31/06(2006.01)权利要求书3页说明书11页附图5页(54)发明名称水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法(57)摘要本发明公开了一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，包括以下步骤：A、制作凸极同步电机向量图；B、计算出正常运行情况下水轮发电机电动势E0表达式；C、对水轮发电机电动势E0表达式进行修正；D、对水轮发电机空载特性曲线进行拟合，计算出励磁电流和空载电动势的表达式；E、计算电机正常时理论励磁电流；F、将步骤E中计算的正常理论励磁电流Ifc与实际测得的励磁电流If0进行比较，短路判据公式如下，G、根据短路判据a％来判断水轮发电机转子绕组是否发生匝间短路故障。本发明能够改进现有技术的不足，可以不必增加发电机新的监测点，通过发电机原有电气参量的读取，实现水轮发电机转子匝间短路故障CN107783006A的在线检测。CN107783006A权利要求书1/3页1.一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，其特征在于包括以下步骤：A、通过电机的电压方程，电磁关系等制作凸极同步电机向量图；B、利用水轮发电机监测设备采集的电气参量数据和电机固有参数，根据水轮发电机的向量关系图，计算出正常运行情况下水轮发电机电动势E0表达式；电机固有参数包括有功功率P、无功功率Q、定子电压U和定子电流I，同步电抗；C、对水轮发电机电动势E0表达式进行修正；D、对水轮发电机空载特性曲线进行拟合，计算出励磁电流和空载电动势的表达式，即If＝f(E0)；E、采集被检测电机的相关参数，利用步骤B中计算的水轮发电机电动势E0通过步骤D的表达式计算得电机正常时理论励磁电流；F、将步骤E中计算的正常理论励磁电流Ifc与实际测得的励磁电流If0进行比较，短路判据公式如下，G、根据步骤F计算的短路判据a％来判断水轮发电机转子绕组是否发生匝间短路故障，并根据其数值大小来判断转子绕组的短路程度，数值越大，短路程度越严重。2.根据权利要求1所述的水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，其特征在于：步骤A中，制作凸极同步电机向量图包括以下步骤，A1、凸极同步电机电压方程A2、根据已知条件绘出向量；A3、根据Ψ把I分解成和A4、画出相量A5、根据与的关系找到3.根据权利要求1所述的水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，其特征在于：步骤B中，计算正常运行情况下水轮发电机电动势E0表达式包括以下步骤，B1、根据凸极同步发电机饱和情况下的相量图得到如下关系，2CN107783006A权利要求书2/3页Id＝Isinψ(9)Iq＝Icosψ(10)B2、凸极同步电机气隙磁动势为，将凸极同步电机气隙磁动势带入到公式(6)中可得，B3、将公式(13)代入到公式(7)中可得电机励磁电动势，B4、将P有功功率，Q无功功率带入公式(14)进行整理，可得E0的表达式，再进行参数置换得表达式，4.根据权利要求1所述的水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，其特征在于：步骤C中，对水轮发电机电动势E0表达式进行修正包括以下步骤，3CN107783006A权利要求书3/3页C1、凸极同步电机考虑饱和影响后的直轴电枢反应电抗xads,额定运行时的电枢反应电抗的值近似按下式决定式中ks为饱和系数，C2、根据发电机的磁化曲线，在计算得到E0值后，找到对应的If，从而得到在正常运行条件下，某一确定状态励磁电流的标准值；C3、经过修正后的电机电动势E0表达式为，5.根据权利要求1所述的水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，其特征在于：步骤D中，根据拟合曲线计算出在非饱和与饱和情况下的E0和If之间的数学表达式为，6.根据权利要求1所述的水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法，其特征在于：步骤G中，阈值为2％～3％；如果a％>阈值，水轮发电机发生转子绕组匝间短路故障；如果a％≤阈值，水轮发电机无转子绕组匝间短路故障。4CN107783006A说明书1/11页水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法技术领域[0001]本发明涉及大型电机在线监测与故障检测技术领域，尤其是一种水轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法。背景技术[0002]从调查结果看，已运行的水轮发电机组中，发生转子线圈匝间短路故障占故障总数的比重较大，大多数水轮发电机都发生过