專利名稱：一種基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種電力設備的故障檢測方法，尤其涉及一種基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的迅速增長，電力系統(tǒng)正朝著超高壓大容量多機互聯(lián)系統(tǒng)的方向發(fā)展，30(MW、60(MW及以上容量的大型發(fā)電機已成為我國電網(wǎng)的主力機組。作為電力系統(tǒng)的心臟一發(fā)電機，隨著單機容量的不斷增大，運行可靠性顯得尤為重要和突出。而在大型汽輪發(fā)電機組的各個組成部分中，轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，承受著巨大的機械應力和熱負荷，當轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路時，轉(zhuǎn)子電流增大、繞組溫度升高、限制電機的無功功率；嚴重時還會引起機組的振動增大，造成大軸磁化、燒壞發(fā)動機轉(zhuǎn)予乃至被迫停機。因此，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子動態(tài)匝間短路的及時發(fā)現(xiàn)和診斷是極其重要的。
國內(nèi)外對發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障的檢測方法均進行了比較廣泛的研究。也提出了一些分析檢測的方法，比如傳統(tǒng)的微分線圈動測法，將探測線圈裝在定子鐵芯的空氣隙表面，檢測氣隙中磁場的變化，通過檢測波形的分析從而分析匝間短路的故障。但在發(fā)電機帶負載條件下，由于電樞反應使得探測效果不明顯，且由于現(xiàn)場檢測干擾較大，致使檢測準確度也較低。而其他如電壓降法、開口變壓器法、交流阻抗及功率損耗分析法、直阻測量、空載及短路特性試驗等方法準確度及靈敏度均不高，無法直接做為匝間短路故障的判斷依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種檢測準確度較高的基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法。解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法，包括以下步驟SI建立頻響分析模型在較高頻率的電壓作用下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組可視為一個無源線性雙口網(wǎng)絡，其內(nèi)部特性可通過傳遞函數(shù)H(jco)描述，設L、K及C分別代表繞組單位長度的分布電感、分布電容及對地分布電容，VI、V2分別為無源線性雙口網(wǎng)絡的輸入端電壓和輸出端電壓，VS為正弦波激勵信號源電壓，RS為信號源輸出阻抗，R為匹配電阻；無源線性雙口網(wǎng)絡內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)為在雙口網(wǎng)絡的輸入端和輸出端之間并聯(lián)有N個單位長度的對地分布電容C，所述的相鄰對地分布電容C的同一端之間為并聯(lián)的單位長度的分布電感L、分布電容K ;S2在無源線性雙口網(wǎng)絡的輸入端依次輸入不同頻率的正弦波電壓信號Ns S3通過數(shù)字化記錄設備檢測記錄不同頻率下無源線性雙口網(wǎng)絡兩端的對地電壓信號 Vi (η)和 Vo (η)；
S4從而根據(jù)公式求得被測變壓器繞組的傳遞函數(shù)H(η):H (n) =201og[Vo (n) /Vi (η)]S5若繞組發(fā)生匝間短路，繞組內(nèi)部的分布電感參數(shù)必然改變，導致其無源線性雙口網(wǎng)絡傳遞函數(shù)H(j ω)的零點和極點發(fā)生變化，使網(wǎng)絡的頻率響應特性發(fā)生變化；將頻率響應根據(jù)頻率描繪成曲線，計算同一發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組前后兩次所測得的頻率響應曲線之間的相關(guān)系數(shù)，如果其相關(guān)系數(shù)小于1，則說明該發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路。有益效果本發(fā)明的基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法，結(jié)合不同形式及位置的轉(zhuǎn)子匝間短路故障的特征，進行時頻域分析、相關(guān)性分析及橫縱向比較等方法的研究，綜合發(fā)電機運行工況，進行綜合診斷，開發(fā)出有專利技術(shù)的故障診斷系統(tǒng)，從而提高發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短故障判斷的準確性，有效地判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路的情況，降低發(fā)電機的類似故障發(fā)生概率和風險，提高發(fā)電機運行的可靠性，確保設備的安全運行。


圖I為頻率響應分析法檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障原理圖；圖2為頻率響應分析法檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障接線圖。①輸入端 ②掃頻信號源 ③發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組 ④輸出端⑤頻率響應測試儀 ⑥筆記本電腦。
具體實施例方式參照圖I和圖2，本發(fā)明的基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法實施例，包括以下步驟SI建立頻響分析模型在較高頻率的電壓作用下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組可視為一個無源線性雙口網(wǎng)絡，其內(nèi)部特性可通過傳遞函數(shù)H(jco)描述，設L、K及C分別代表繞組單位長度的分布電感、分布電容及對地分布電容，VI、V2分別為無源線性雙口網(wǎng)絡的輸入端電壓和輸出端電壓，VS為正弦波激勵信號源電壓，RS為信號源輸出阻抗，R為匹配電阻；無源線性雙口網(wǎng)絡內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)為在雙口網(wǎng)絡的輸入端和輸出端之間并聯(lián)有N個單位長度的對地分布電容C，所述的相鄰對地分布電容C的同一端之間為并聯(lián)的單位長度的分布電感L、分布電容K ;S2在無源線性雙口網(wǎng)絡的輸入端依次輸入不同頻率的正弦波電壓信號Ns S3通過數(shù)字化記錄設備檢測記錄不同頻率下無源線性雙口網(wǎng)絡兩端的對地電壓信號 Vi (η)和 Vo (η)；S4從而得到被測變壓器繞組的傳遞函數(shù)H (η):H (n) =201og[Vo (n) /Vi (η)]S5若繞組發(fā)生匝間短路，繞組內(nèi)部的分布電感參數(shù)必然改變，導致其無源線性雙口網(wǎng)絡傳遞函數(shù)H(j ω)的零點和極點發(fā)生變化，使網(wǎng)絡的頻率響應特性發(fā)生變化；將頻率響應根據(jù)頻率描繪成曲線來判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路，如果同一發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組前后兩次所測得的頻率響應曲線有差異，則說明發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組可能發(fā)生了匝間短路故障。
具體做法將發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組③的一端作為輸入端①，在輸入端輸入掃頻電壓信號Vs②(依次輸入不同頻率的正弦波電壓信號)，通過頻率響應測試儀⑤同時檢測不同掃描頻率下繞組輸入端及輸出端④的對地電壓信號Vi (η)和No (η)，并進行相應的處理，最終得到被測變壓器繞組的傳遞函數(shù)H (η):H (n) =201og[Vo (n) /Vi (η)]
利用與頻率響應測試儀相聯(lián)的筆記本電腦⑥，可將頻率響應根據(jù)頻率描繪成曲線，再與該發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的歷史測量曲線作比較，從而直觀地判斷出發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組是否發(fā)生了匝間短路。
權(quán)利要求
1.一種基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法，包括以下步驟 Si建立頻響分析模型 在較高頻率的電壓作用下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組可視為一個無源線性雙口網(wǎng)絡，其內(nèi)部特性可通過傳遞函數(shù)H(j )描述；設L、K及C分別代表繞組單位長度的分布電感、分布電容及對地分布電容，VI、V2分別為無源線性雙口網(wǎng)絡的輸入端電壓和輸出端電壓，VS為正弦波激勵信號源電壓，RS為信號源輸出阻抗，R為匹配電阻； 無源線性雙口網(wǎng)絡內(nèi)部的電路結(jié)構(gòu)為在雙口網(wǎng)絡的輸入端和輸出端之間并聯(lián)有N個單位長度的對地分布電容C，所述的相鄰對地分布電容C的同一端之間為并聯(lián)的單位長度的分布電感L、分布電容K ; S2在無源線性雙口網(wǎng)絡的輸入端依次輸入不同頻率的正弦波電壓信號Vs S3通過數(shù)字化記錄設備檢測記錄不同頻率下無源線性雙口網(wǎng)絡兩端的對地電壓信號Vi (n)和 Vo (n)； S4根據(jù)公式求被測變壓器繞組的傳遞函數(shù)H(n): H(n) =201og[Vo (n) /Vi (n)] S5將頻率響應根據(jù)頻率描繪成曲線，計算同一發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組前后兩次所測得的頻率響應曲線之間的相關(guān)系數(shù)，如果其相關(guān)系數(shù)小于1，則說明該發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路。
全文摘要
一種基于頻響分析的發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障檢測方法S1建立頻響分析模型無源線性雙口網(wǎng)絡，在雙口網(wǎng)絡的輸入端和輸出端之間并聯(lián)有N個單位長度的對地分布電容C；S2依次輸入不同頻率的正弦波電壓信號VsS3通過數(shù)字化記錄雙口網(wǎng)絡兩端的對地電壓信號Vi(n)和Vo(n)；S4得傳遞函數(shù)H(n)=20log[Vo(n)/Vi(n)]；S5將頻率響應根據(jù)頻率描繪成曲線,計算前后兩次所測得的頻率響應曲線之間的相關(guān)系數(shù)，如果其相關(guān)系數(shù)小于1，則說明該發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路。本發(fā)明可提高發(fā)電機轉(zhuǎn)子匝間短故障判斷的準確性，提高發(fā)電機運行的可靠性。
文檔編號G01R31/34GK102809727SQ20121024485
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者喇元, 王圣, 張征平, 李鑫, 彭發(fā)東, 龐小峰, 柯春俊 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院, 北京圣泰實時電氣技術(shù)有限公司