發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的在線檢測

    陳權(quán)濤，楊向宇

(華南理工大學，廣東廣州510640)

    摘要：深入分析了小波分析法用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測原理，并在探測線圈法的基礎上，將小渡變換應用于突變信號的檢測，對非平穩(wěn)故障信號的故障特征進行提取，以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測及故障點的定位。仿真結(jié)果表明，小波分析方法適用于轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的在線檢測。

    關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機；小波變換；匝間短路；故障診斷

    中圖分類號：TM311；TM306  文獻標識碼：A  文章編號：1004-7018(2008)04—0025—03

0引  言

    轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是汽輪發(fā)電機較常見的故障，也是影響安全運行的主要原因之一。資料統(tǒng)計表明，輕微的匝間短路并不會影響機組的正常運行，所以經(jīng)常被忽略。但如果故障繼續(xù)發(fā)展，將會使轉(zhuǎn)子電流顯著增加，繞組溫度升高，無功功率下降，軸承振動增加，甚至導致接地故障發(fā)生，使轉(zhuǎn)子磁化，重者還將燒傷軸頸和軸瓦，對機組本身的安全穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅，因此，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障進行在線檢測具有重要意義。

    目前，國內(nèi)外專家學者已對這一課題進行了大量研究^[1-4]。20世紀70年代英國學者Albdght首先提出了探測線圈法；英國學者J．w．Wood提出了回復波檢測法；俄羅斯的B．R．Kaumah提出利用轉(zhuǎn)子繞組匝問短路時在定子并聯(lián)支路中存在環(huán)流的現(xiàn)象來檢測匝間短路故障。國內(nèi)對轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的診斷方法主要有開口變壓器法、交流阻抗和功率損耗法、直流電阻法等。這些檢測方法都已應用了多年，并且積累了很多經(jīng)驗。但是大部分都無法實現(xiàn)在線檢測或者易受到其他因素的干擾，或者不能對故障點進行定位，實際運行結(jié)果不理想。到目前為止，國內(nèi)外在發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路在線檢測方面，無論在理論上還是實踐，都沒有實質(zhì)性的突破，也沒有完全有效的檢測方法和手段。

    本文在探測線圈法的基礎上，將小波變換的分析方法用于故障信號的處理。根據(jù)故障信號的特點，通過小波變換，提取其模量極大值特征，實現(xiàn)對故障的診斷和故障點的定位，從而實現(xiàn)對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的在線檢測。

1微分探測線圈法

    微分探測線圈法^[4]的基本原理是將運行中的同步發(fā)電機氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場進行微分，根據(jù)微分后的波形分析、診斷轉(zhuǎn)子繞組是否存在匝間短路故障，并準確顯示故障槽的位置，這種方法在發(fā)電機空載和短路狀態(tài)下效果較好。

    其方法是在定轉(zhuǎn)子氣隙某處固定一只“微型微分線圈”，微分線圈對氣隙的旋轉(zhuǎn)磁場采樣并進行微分，再將此微分信號引入示波器，對微分波形進行分析即可判斷有無匝間短路故障及其所在槽的位置。

    汽輪發(fā)電機氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場B(t)由空載磁場分量B₀(t)和定子電樞反應磁場分量B_a(t)合成，即：

發(fā)電機運行時探測線圈上的感應電勢：

氣隙旋轉(zhuǎn)磁場穿過探測線圈有效面積A的磁通量Φ為該處磁通密度B(t)與A的乘積，即Φ=AB(t)，所以：

h(t)是角頻率為ω_n的高頻調(diào)幅余弦波，它是轉(zhuǎn)子本身槽漏磁形成的轉(zhuǎn)子齒諧波，與轉(zhuǎn)子槽內(nèi)有效安匝數(shù)成正比。g(t)是包含了電樞反應影響的低頻信號，它可以使電勢波形嚴重扭曲以致難以辨認。影響探測線圈上感應電勢波形的因素很多，包括轉(zhuǎn)子齒諧波的影響、電樞反應的影響、主磁通的影響、定子漏磁通的影響以及發(fā)電機制造的偏差和探測線圈的尺寸及安裝位置的影響等等^[5]。

    通過分析探測線圈上感應電勢波形，再將此電勢波形信號引入示波器或計算機，通過對波形的觀察、分析，可以判斷是否存在匝間短路。這種方法在發(fā)電機空載和短路狀態(tài)下效果較好，而在發(fā)電機負載運行的情況下，由于受電樞反應等因素的影響，探測線圈上感應電勢波形不規(guī)則，形狀比較復雜，很難實現(xiàn)準確診斷。

2小波分析法

    小波分析具有多分辨率分析的特點，在時域和頻域