[发明专利]基于转矩比较原理的发电机励磁绕组短路故障诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其是一种基于转矩比较原理的发电机励磁绕组短路故障诊断方法。

背景技术

近些年，我国汽轮发电机励磁绕组短路故障呈现多发态势，先后已有近百台汽轮发电机发生过该励磁绕组短路故障。如元宝山电厂1#发电机(300MW)、沙角A电厂4#发电机、平圩发电厂1#发电机(600MW)、浙江兰溪电厂3#发电机(600MW)、阜阳华润电厂1#发电机(600MW)、山东邹县发电厂6#发电机(600MW)、四川广安电厂2#发电机(600MW)等。我国广东省仅2007年至2011年就有9台大型发电机先后出现了转子绕组匝间短路故障。

汽轮发电机的励磁绕组短路故障最为显著的特征是转子磁场的不平衡并形成了不平衡电磁力，几乎所有的励磁绕组短路故障都伴随着发电机振动状态的恶化，使得发电厂不得不停机检修，由此造成了严重的经济损失。

2011年3月，贵州华电集团大龙电厂1号300MW汽轮发电机出现励磁绕组短路故障，#5瓦X方向振动由48μm跃变至168μm，非计划停运时间为60天，损失发电量约为4亿。2010年2月国内某电厂一台600MW汽轮发电机#7瓦Y方向振动跃升至143μm、#8瓦Y方向振动达到168μm，拆除转子护环后检查发现：极1的6、7号线圈和极2的7、8号线圈端部绝缘及过渡引线处焦黑变色，存在烧损现象，转子存在多点匝间短路，需返厂大修。张家口沙岭子电厂1号300MW发电机1993年3月转子接地信号报警，测试试验确定了该机组存在转子绕组匝间短路和转子绕组一点接地故障，发电机部分部件被磁化，停机抢修70天后恢复正常。广东粤电沙角A电厂4#QFN-300-2型汽轮发电机自1992年8月投运起，20多年来就一直存在转子振动不稳定、大修后每次启动时都需反复多次冲转、动平衡调节困难、效果不显著等问题。直至2012年12月4#发电机大修期间，经有关电气试验结果确认该发电机转子存在不稳定的匝间短路故障，并返厂维修处理，但在2012年1月13日的出厂试验时发现，不稳定的匝间短路故障依然存在，但因继续进行处理的条件有限，该转子返回沙角A电厂完成了回装工作。2013年2月8日，4#发电机重新并网投入运行，后续运行过程中，该发电机在启动过程中，转子的振动仍然出现异常增大的现象。在长达20年的运行时间里，为了解决励磁绕组短路带来的转子振动问题，该发电机从2000年至2013年先后进行了82次冲转、37次配重，耗时57天，加上返厂处理时间，共耗时120天左右，造成了极为严重的经济损失，近百次起停机严重影响了发电机的预期寿命和运行安全。

励磁绕组短路分为静态短路和动态短路两种类型，动态短路只有在发电机运行过程中才存在，停机检查时短路点断开，故障特征就消失了，因此常规的离线方法是无法发现动态匝间短路故障的，对励磁绕组健康状态实施在线监测是解决这一问题的唯一途径，也是未来状态监测的发展趋势。

目前，汽轮发电机励磁绕组短路故障的在线监测方法主要包括探测线圈法、励磁电流法、轴电压法和虚功率法等。其中探测线圈法应用最为广泛，目前中国300MW以上机组大部分均安装了探测线圈。该方法在发电机空载或三相短路时具有较高的检测灵敏度，可以实现故障定位，发电机负载运行时灵敏度下降严重。励磁电流法适用于静止励磁发电机，可以发现较为严重的励磁绕组短路故障，轻微故障时的检测灵敏度不高。此外，已有文献采用有限元方法分析了励磁绕组短路故障下汽轮发电机的电磁稳态特征，但仅确定了短路故障后发电机的励磁电流和无功功率的上下限，仍然采用励磁电流和无功功率变化量作为励磁绕组短路故障判据，实际上仍属于励磁电流法，只是近一步提出了在发电机过励时采用励磁电流绝对变化量作为判据，欠励时采用励磁电流相对变化量作为判据。轴电压法不受发电机励磁方式的限制，但轴电压信号的获取依赖于电刷与发电机转轴表面的可靠接触，大型汽轮发电机由于转轴表面极高的旋转线速度以及油污问题，信号获取存在一定的困难。

发明人在2014年5月14日公开的发明专利申请CN 103792463 A中，公开了虚功率法的检测过程。但是，经过发明人的深入研究和试验，发现虚功率法存在下述缺点：