[发明专利]基于高次谐波轴电压信号的电机转子匝间短路诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够在线诊断同步电机转子绕组是否存在匝间短路故障的方法，属测试技 术领域。

背景技术

转子绕组匝间短路故障是同步电机的常见故障。针对匝间短路故障的诊断方法多种多样， 总体上可以分为两类，即离线诊断方法和在线诊断方法。其中，在线诊断方法能对故障进行实 时检测，防止其进一步恶化，是今后发展的趋势。

目前，在线检测转子绕组匝间短路故障的方法主要有探测线圈法、励磁电流法以及基于转 子基频振动的检测方法。

探测线圈法的基本原理是对发电机定子铁芯气隙中的旋转磁场进行微分，然后通过分析信 号微分后的波形来诊断转子绕组是否存在匝间短路故障以及故障槽的位置。该方法的缺点是只 适合诊断分布式绕组的隐极电机而且只在电机空载状态才能获得较高的监测可靠性，而当电机 带载运行时，探测效果并不明显，检测准确度较差。此外，这种方法需要将探测线圈装在定子 铁芯的空气隙表面，由于对已经投运电机安装探测线圈相当困难，使该方法的应用范围受到了 限制。

励磁电流法是根据短路故障前后励磁电流的变化和无功的相对变化来监测转子短路故障， 适用于静止励磁电机。该方法为系统的扰动以及功率调节留有一定的裕度，对严重短路较为有 效，而轻微的匝间短路(如1匝短路)通常难以检测。

基于电机转子的基频振动的转子绕组匝间短路故障监测方法监测的是转子的振动信号，然 而转子振动是机电交叉作用的结果，包括质量不平衡和动偏心等初始状态的影响，如果转子所 受初始不平衡外力与转子匝间短路引起的不平衡磁拉力相位相反，那么短路发生后电机的基频 振动可能仍处于正常范围，无法检测出故障。

上世纪后期，Paul I.Nippes经过大量的实践，提出了通过轴电压诊断旋转机械故障的方 法，它是以电压波形异常和幅值的突然增大做为判断依据，该方法虽然在实际生产中获得了应 用，并数次成功诊断出发电机故障，但并没有获得理论支持，难以对故障类型给出明确指示。

总之，尽管国内外对转子绕组匝间短路故障的在线检测十分重视，但现有的各种方法在应 用中还是受到一定的制约，实际测试中得到的结果并不十分理想，发电厂发生转子绕组匝间 短路故障后未能及时发现而造成严重后果的事例屡见不鲜，因此有必要进一步提高此类故障的 诊断水平。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种简单易行、可靠性高且适用范围广的基 于高次谐波轴电压信号的电机转子匝间短路诊断方法。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种基于高次谐波轴电压信号的电机转子匝间短路诊断方法，它将滑动变阻器的两端分别 接于电机转子两端，然后利用数据采集仪在线采集滑动变阻器输出的轴电压分压信号，并对该 信号进行快速傅立叶变换，得到轴电压频谱图，最后根据轴电压信号中所含故障特征谐波的幅 值变化量来判断是否存在转子绕组匝间短路故障：若故障特征谐波的幅值变化量大于故障阈值， 则判定电机转子存在绕组匝间短路故障，否则没有匝间短路故障，所述故障特征谐波的频率为 Mω_r/2π，其中，表达式中M为电机的定子齿槽数，ω_r为电机的机械转速。

上述基于高次谐波轴电压信号的电机转子匝间短路诊断方法，所述故障特征谐波幅值变化 量的故障阈值有两个：空载状态下阈值取12％，若Δff0≥12%,]]>则判断存在转子绕组匝间短路故 障；负载状态下阈值取10％，若Δff0≥10%,]]>则判断存在转子绕组匝间短路故障，其中Δf表示 特征谐波幅值的变化量，f₀为电机正常状态下特征谐波的幅值。