大型发电机转子匝间短路故障的在线监测

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1、大型发电机转子匝间短路故障的在线监测北京交通大学郝亮亮llhao@bjtu.edu.cn1.转子匝间短路故障的研究现状及评述转子匝间短路故障的产生原因•设计不合理•加工工艺的不良•运行中各种机、电、热等作用的共同影响——在线监测故障危害轻微转子匝间短路对发电机运行不会产生严重影响。但如果继续发展•励磁电流增大•输出无功减小•机组振动加剧•局部过热转子接地烧伤轴颈、轴瓦21.转子匝间短路故障的研究现状及评述故障案例仅中国广东省在2009-2011的三年中，就已经有十余台400MW~1000MW等级的发电机出现了转子匝间短路故障，在201

2、0年就已确认发生了5起。上世纪90年代我国某火电厂4台300MW发电机中就有3台因转子绕组匝间短路等原因最终导致大轴磁化，其中两台还烧坏护环。2005年凤滩水电站6号发电机的转子绕组匝间短路故障还引起了主保护的动作。2014年四川某大型水电站的水轮发电机发生了多个磁极的短路故障。31.转子匝间短路故障的研究现状及评述a、传统检测方法开口变压器法交流阻抗和功率损耗法直流阻抗法空载及短路特性试验法两极电压平衡实验绕组分布电压测量……——已在现场应用多年，积累了很多经验，但这些方法受其它因素的干扰很大，而且都不能在实际运行工况下检测，应

3、用效果往往很不理想。41.转子匝间短路故障的研究现状及评述b、基于磁场探测的故障检测方法单导线微分法由我国励磁绕组NS哈尔滨大电机研究所于1972年提出，并试验成探测导体感应功。电动势波形该方法在发电机负载时会受到电枢反应的影响，使检测结果失效。感应电动势因此单导线微分法不太的微分波形适合负载时对励磁绕组匝间短路的检测。51.转子匝间短路故障的研究现状及评述b、基于磁场探测的故障检测方法微分线圈动测法由英励磁绕组N国学者Albright于1971年首先提出，是近年来国内外广泛采用的方法。探测线圈磁通波形在一定程度上弥补了包络线单导线微分法处理发电机

4、负载情况时的局限性，探测线圈但大多数发电机均未装感应电压波形设探测线圈，限制了该包络线方法的应用。61.转子匝间短路故障的研究现状及评述c、冲击脉冲法（RSO）发射信号接收信号A发射信号接收信号BA-B信号处理71.转子匝间短路故障的研究现状及评述c、冲击脉冲法（RSO）励磁绕组正常时励磁绕组故障时81.转子匝间短路故障的研究现状及评述d、利用机组振动特性机组的振动特性为解决发电机内部故障提供了一种崭新的思路，国外F.C.Trutt等学者对此进行了大量研究。万书亭教授在转子匝间短路对发电机定转子振动特性的影响方面进行了大量深入的研究。但引起

5、发电机振动的原因很多，无法单纯利用振动特性对故障进行检测。91.转子匝间短路故障的研究现状及评述e、利用电机轴电压也有学者利用电机轴电压进行故障检测。有文献以一台30KVA的两对极汽轮发电机为例，分析了转子匝间短路时发电机转子轴电压特性，得出故障发生后发电机将产生两倍频、四倍频、六倍频的轴电压。101.转子匝间短路故障的研究现状及评述f、利用运行中的电气量利用运行中的电气量实现对转子匝间短路故障的在线监测不需对发电机一次侧进行改造，且针对性强，能发现运行中的动态短路，是目前的研究热点。利用励磁电流利用人工神经元网络利用定子并联支路环流——

6、仅有定性的理论分析与实验研究111.选题背景及研究现状概述大型发电机转子匝间短路故障的检测方法传统检测方法——无法在线检测冲击脉冲法单导线微分法——需要对机组进行改造微分线圈动测法利用机组振动特性检测——缺乏针对性利用轴电压检测利用定子绕组并联环流检测——仅有定性的理论分析与实验研究利用励磁电流检测——瓶颈：无法准确计算故障后的电气量，且对故障特征及机理缺乏深入的认识，不具备设计转子匝间短路监测的理论基础。122.报告主体内容I.大型发电机转子匝间短路故障的数学模型II.大型发电机转子匝间短路故障的仿真计算与实验验证III.大型发电

7、机转子匝间短路的故障特征及其机理IV.大型发电机转子匝间短路故障的快速计算模型V.大型发电机转子匝间短路故障的在线监测VI.展望——机电特征融合的故障在线监测I.大型发电机转子匝间短路故障的数学模型I.故障的数学模型建立数学模型时需考虑的关键点•气隙磁场的各种空间谐波•拓扑结构的改变需重新建立基本方程•故障引起的定子相绕组内环流•不同于正常励磁绕组的结构建立与故障励磁绕组有关uC'A'的电感参数模型uB'C'RA'B'uZFif(2)(4)e,1e,2e,3e,Nd-1e,Nde,1iRTRTRTfiLTLTLTfkLiAiBiCd,1d,2d,3d

8、,Nd-1d,Ndd,1iiaAb1Bbc1Cc2fkfkL1a22EufRfkL(1)(3)