基于RBF神经网络的发电机转子匝间短路故障诊断

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1、第24卷第l0期电力科学与工程VO1．24．NO．1O2008年12月ElectricPowerScienceandEngineeringDec．，2008基于RBF神经网络的发电机转子匝间短路故障诊断赵艳军，李永刚(华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003)摘要：在分析汽轮发电机转子匝间短路的电磁特性和转子振动特性的基础上，得到了匝间短路的特征参数。根据特征参数，建立了RBF(RadialBasisFunction)神经网络诊断模型并将其应用于发电机匝间短路的故障诊断与识别。实例结果表明，该方法是行之有效的。关键词：汽轮发电机；匝间短路；RBF

2、神经网络；振动；故障诊断中图分类号：TM3lI；TM307．I文献标识码：A0引言1汽轮发电机转子匝间短路分析汽轮发电机转子绕组匝间短路是一种较常见的1．1转子匝间短路故障原因分析发电机故障。轻微的匝间短路，并不会影响机组的主要包括制造和运行两个方面。制造方面：转正常运行，所以经常被忽略，但如果故障继续发子端部绕组固定不牢，垫块松动；绕组导线的焊接展，将会使转子电流显著增加，绕组温度升高，无头和相邻两套线圈间的连接线焊口整形不良；转子功出力降低，电压波形畸变，机组振动并出现其它护环内残存加工后的金属切削等异物；运行方面：机械故障。因此进行发电机转子匝问短路故

3、障的早高速旋转的转子绕组受到离心力等动态应力引起移期预报是非常必要的⋯。位变形；冷态启动机组转子电流急增，铜铁温差引对于发电机转子匝问短路故障，常规的监测与起绕组铜线蠕变导致匝问绝缘与对地绝缘的损伤；诊断方法着重测量分析发电机电参数变化情况。但转子绕组堵塞，造成局部过热，使匝问绝缘烧损等。发电机作为一个机电耦联的整体，机械和电气相互1．2转子匝间短路时的电磁特性分析耦合，电气故障会引起气隙磁场畸变，产生不同于对于隐极转子而言，机组正常运行时，略去开正常运行时的电磁力波，从而引起发电机转子振槽造成的磁动势的少许不连续，转子磁动势的空间动。因此，综合考虑匝问短路

4、时的电气特征和振动分布近似为梯形。转子绕组存在匝间短路时，会导特征，将有利于更加准确地识别匝间短路故障。。致磁动势局部损失，使有短路磁极的磁动势产生局文献[4]将ANN应用于转子匝问短路故障诊部损失，短路磁极的磁动势峰值和平均值减小，因断中，但是没考虑发电机的振动特性，而且ANN此匝间短路可以认为是退磁的磁动势分布。在正常存在收敛速度慢和局部收敛等缺点。RBF神经网条件下，如果转子绕组磁动势用表示，短路线匝络在逼近能力、分类能力和学习速度等方面均优于产生的磁动势用△F表示，短路后，转子磁动势变ANN神经网络。本文综合考虑了匝问短路时的电为F=Fo-AFLk原

5、磁动势F0减小”。气特征和转子振动特征，提出并建立了三层RBF考虑饱和时，隐极同步发电机的磁动势一电动神经网络，并用于转子匝间短路故障诊断。势图如图1所示。收稿日期：2008—06-27．基金项目：国家自然科学基金资助项目(50677017)作者简介：赵艳军(1982一)，男，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生6电力科学与工程2008证其中E为转子的弹性模量，N／m2；d为转子的热膨胀系数；为转子一齿的横截面积，1TI。；ro为转子齿槽半径，m；At为转子在正常和短路时齿槽温度差，℃；。，为转子短路齿槽相邻两齿对应的机械角度。作用于转子的不平衡磁拉力为

6、}n[l(2+7c)(-盟2fl+n)一(_2fl4+nT2tc)~(2sf1l+3n)]20g(6)图1发电机的磁动势一电动势矢量图式中F为不平衡磁拉力，N；g为重力加速度，m／s2；。为磁导率，Him；L为转子长，m；为正常时的气隙磁动势基波分量由励磁磁动势基波分量平均磁通密度，T；为转子半径，m。和电枢反应磁动势基波分量共同建立，即由于在轴体两端产生的弯矩和作用于转子的不=。+(1)平衡磁拉力与转子同步旋转，引起转子与机械旋转频率同频(即基频)振动。折算到励磁磁动势波形后得文献[9]通过转子模型详细分析了汽轮发电=+(2)机发生转子匝间短路的受力情况，

7、得出了转子匝间啪(3)短路状态下的振动方程，并通过分析匝间短路前后振动方程振幅、相角的变化，确定了以测量振幅、其中，为转子绕组匝数，功励磁电流。相角变化作为判断转子匝间短路发生依据的结论。：(41转子匝问短路前后转子振动的幅值表达式为：p在时一空矢量图中，相位与电流，一致。∞为、俪羽(7)定子绕组每相串连匝数，为定子绕组系数。假设其中：，分别表示偏心距在X轴和Y轴上的分发电机机端电压、输出有功P和无功Q维持不量；∞是转子的角速度。变，则定子电流J，功率因数角维持不变，又由但是在现场测量相角时需要增加硬件且误差较于与磁场的饱和程度关系不大，=J(ro+jXD，

8、大。故只取转子振动的振幅作为匝间短路的机械特可得不变