[发明专利]一种发电机转子绕组匝间短路缺陷在线检测方法和装置

说明书

本发明涉及一种发电机转子绕组匝间短路缺陷在线检测方法和装置。方法为：根据发电机的历史数据构建发电机的理想励磁电流关于理想空载电动势的预测模型，在对发电机进行匝间短路缺陷诊断时，基于发电机的定值参数、当前发电机的实时状态参量和预测模型计算得到当前发电机的理想励磁电流，并通过比较当前发电机的理想励磁电流和实际励磁电流的偏差程度而确定发电机的转子绕组是否发生匝间短路缺陷以及所发生的匝间短路缺陷的程度。装置包括人机接口单元、数据获取单、数据计算单元、缺陷诊断单元以及电源单元。本发明具有实施方便、成本较低，且灵敏度高等优点。

技术领域

本发明涉及电气设备缺陷检测和预警领域，具体涉及一种针对发电机转子绕组匝间短路缺陷进行在线检测的方法和装置。

背景技术

转子绕组匝间短路缺陷是汽轮发电机最常见的缺陷之一，所导致的突发故障不仅扰乱了发电厂的生产计划，还给生产运行带来很大压力。若故障未能及时被发现，继续发展下去甚至会引起转子绕组接地、大轴磁化等严重故障，造成更为严重的经济损失。因此，对大型汽轮发电机转子绕组匝间绝缘状态进行在线检测评估，对匝间短路缺陷进行预警十分必要。

转子绕组匝间短路故障的准确判断是复杂的系统工程，与故障位置、严重程度、运行年限等因素均有关。目前，国内转子绕组匝间短路故障检测方法的研究开展的较为深入，主要的方法有探测线圈法、励磁电流法以及定转子振动检测法。另外，针对转子绕组匝间短路时不平衡磁拉力、电磁转矩、轴电压以及端部漏磁的研究也有开展。其中，励磁电流法由于监测方便，不需要额外增设传感器，较为适合在线监测与评估。励磁电流法通过解析法计算励磁电流的理论值，并与发电机实际励磁电流值进行比较，以励磁电流的相对变化率为依据，建立在线识别的判据。但是，传统解析法计算励磁电流理论值时，没有考虑发电机内部磁场的饱和状态发生变化，忽略了同步电抗的变化对计算励磁电流值的影响，对励磁电流的计算不够精确，可能会导致误判率较高。

此外，传统励磁电流法仅适用于静止励磁汽轮发电机。对于此种情况，研究者提出了“虚功率法”，即利用转子绕组匝间短路后励磁磁势比绕组正常时下降的特点，提出通过比较电磁功率的期望值与实际值的偏离度来评估转子绕组匝间绝缘状态。汽轮发电机出现转子绕组匝间短路缺陷后，励磁磁动势明显低于正常值，其在定子绕组上感应的空载电动势E'₀比转子绕组正常时的空载电动势E₀小，两者相差越大则说明匝间短路故障程度越严重。汽轮发电机的实际空载电动势可以通过DCS系统监控的汽轮发电机正常运行数据，包括发电机相电压U、有功功率P、无功功率Q和励磁电流I_f等求出。因此，如何根据汽轮发电机的运行参数和性能指标构建不同状态下汽轮发电机的理想空载电动势精确模型就决定了转子匝间短路缺陷诊断方法的灵敏性和可靠性，如模型误差较大，就无法保证轻微转子绕组匝间短路故障时的诊断的灵敏性和可靠性，传统的线性拟合法难以保证理想空载电动势模型的精度。

为解决汽轮发电机转子绕组匝间绝缘状态的实时评估问题，有必要研究新的检测评估方法。此外，现有研究主要集中于检测出匝间短路缺陷的存在，但是并不能精确的检测出绕组的短路程度。实践证明，轻微的匝间短路故障对发电机的正常工作影响不大，发电机仍可以继续运行。一旦故障扩大，造成多匝甚至整槽绕组短路，会使得发电机励磁电流显著增大，无功输出下降，绕组温度上升，引起机组的剧烈振动，严重时会造成转子一点或两点接地甚至更严重的事故。因此，如果能够在线评估发电机转子匝间绝缘状态，准确诊断出故障程度，对于提高汽轮发电机运行可靠性，合理调配机组发电容量和安排检修有着重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够较好地对发电机转子绕组匝间短路缺陷及缺陷程度进行在线检测，从而保障发电机可靠运行的发电机转子绕组匝间短路缺陷在线检测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：