[发明专利]一种改进的汽轮发电机励磁绕组短路故障的检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮发电机技术领域，尤其是一种改进的汽轮发电机励磁绕组短路故障在线检测方法。

背景技术

励磁绕组短路是一种常见的汽轮发电机故障，近年来在我国有不断增长的趋势。经验表明，轻微转子绕组匝间故障不会对发电机产生严重影响，故障特征并不显著，使得该故障处于隐匿状态；然而，若该故障得不到及时、有效的处理，有可能进一步发展和蔓延，特别是当发电机存在较强的负序磁场时，匝间短路点流过的电流较大，可能导致故障进一步恶化，对机组本身的安全稳定运行构成较大威胁。

励磁绕组短路分为静态短路和动态短路两种类型，动态短路只在发电机运行过程中存在，因此常规的离线方法无法发现动态匝间短路故障，对励磁绕组健康状态实施在线监测是解决这一问题的最佳途径。

目前已提出的汽轮发电机励磁绕组短路故障在线检测方法主要包括探测线圈法、虚功率法、轴电压法、端部漏磁法和励磁电流法等。其中探测线圈法是目前应用最广泛的在线检测方法，目前我国大部分电厂的300MW及以上容量的汽轮发电机组均已配备了探测线圈，且积累了较多的诊断经验。然而，受负载诊断灵敏度下降的制约，通常只在发电机空载、短路试验时进行探测线圈实验，严格说该方法并非在线监测方法。虚功率法、轴电压法以及端部漏磁法目前尚未得到广泛应用。

励磁电流法也是一种较为成熟的励磁绕组短路诊断方法，该方法由2003年中国电机工程学报发表的《汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断新判据》提出，该方法适用于静止励磁汽轮发电机，采用解析法计算励磁电流的理论值，当励磁电流的理论值与实际值偏差超过设定阈值时判定发电机存在励磁绕组短路故障。我国已有部分汽轮发电机安装了基于励磁电流法的励磁绕组短路故障诊断系统。该方法的缺点是：当汽轮发电机发生轻微励磁绕组短路故障时，励磁电流的理论值与实际值的偏差并不大，采用解析法计算发电机励磁电流的理论值时，认为发电机负载运行时空载电动势与励磁电流之间是正比例关系，实际上两者之间的线性度并不理想，导致励磁电流理论值的计算误差增大，因此文《汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断系统(RDST)使用手册》在用励磁电流法诊断励磁绕组短路故障时，将诊断的阈值设定为5％，只有励磁电流理论值与实际值偏差超过5％时才判定存在转子匝间短路故障，其灵敏度是明显不足的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的汽轮发电机励磁绕组短路故障的检测方法，能够解决现有技术的不足，提高了励磁电流法诊断的灵敏度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

A、获取发电机的结构参数和BH特性曲线数据；

B、建立发电机二维数值仿真模型，根据发电机的有功功率P、无功功率Q以及额定电压、定子绕组电阻、同步电抗等参数，计算得到定子三相电流值，转子绕组上施加励磁电流，计算发电机电磁转矩T_M1'。

C、维持定子三相电流值不变，循环增加励磁电流，计算得到多个电磁转矩，得到N个(I_fi，T_Mi')数组；

D、通过拟合，得到T_M'与I_f的关系式；

E、计算发电机电磁转矩的实际值T_M；

F、令T_M＝T_M'，求解得到发电机的励磁电流；

G、循环改变发电机的有功功率P和无功功率Q，按上述步骤A—F的流程计算各种工况下的励磁电流I_f；

H、使用上述步骤得到的励磁电流I_f，形成以有功功率P、无功功率Q为自变量，以I_f为因变量的三维曲面，通过三维曲面计算发电机任意有功功率P、无功功率Q工况下的励磁电流；

I、通过将步骤H中计算得到的励磁电流与励磁电流的实测值进行比较，如果其差值大于阈值，则说明励磁绕组发生短路故障。

作为优选，步骤B中，将定子三相电流值加载到定子绕组上并维持不变，励磁电流从初始值I_f1开始施加，每施加一个励磁电流，计算一次发电机磁场，在发电机气隙设定圆形路径，将磁场数据映射到路径上，计算出发电机的电磁转矩T_M1'。