本發(fā)明涉及發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域,尤其是一種基于穿心螺桿的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷方法。
背景技術(shù):
轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障是大型汽輪發(fā)電機的常見故障之一,轉(zhuǎn)子繞組受負荷頻繁變化、振動、通風不暢、匝間絕緣材質(zhì)、異物進入等因素的影響,匝間短路的故障率較高。以廣東省為例,從2007年至2010年先后有9臺發(fā)電機出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障,僅2009年就發(fā)生了3起,2010年發(fā)生了5起。轉(zhuǎn)子繞組匝間短路通常不會對發(fā)電機構(gòu)成嚴重危害,但應(yīng)及早處理,以避免故障惡化造成振動超標、大軸磁化和轉(zhuǎn)子接地等問題,對轉(zhuǎn)子繞組匝間短路進行在線監(jiān)測和準確預(yù)報十分必要。
目前已有的轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障在線診斷方法主要包括:探測線圈法、勵磁電流法、定子并聯(lián)支路環(huán)流法、虛功率法和軸電壓法等。探測線圈法在發(fā)電機定子鐵心間隙沿徑向安裝探測線圈,探測線圈的探頭伸入發(fā)電機氣隙,檢測轉(zhuǎn)子槽漏磁通,當轉(zhuǎn)子某槽有短路故障時,該槽的槽口漏磁通小于正常槽,在探測線圈上感應(yīng)的電壓脈沖值也小于正常槽,根據(jù)電壓脈沖值差異即可確定故障位置。該方法既適用于靜止勵磁發(fā)電機,也適用于旋轉(zhuǎn)勵磁發(fā)電機,然而,該方法也存在一個較為嚴重的問題,即發(fā)電機負載特別是重載運行時的診斷靈敏度不高,容易出現(xiàn)漏報。勵磁電流法根據(jù)匝間短路引起勵磁磁勢損失的基本原理,通過比較勵磁電流理論值與實際值的偏差判斷短路故障,該方法通常只有當發(fā)電機短路匝數(shù)較多(2匝以上)時勵磁電流才會有明顯的增加,此外,該方法需要發(fā)電機的實時勵磁電流值,因此只適用于靜止勵磁發(fā)電機。定子并聯(lián)支路環(huán)流法根據(jù)定子一相兩條支路上特定頻率的環(huán)流判斷匝間短路故障,該方法的靈敏度較高,但實用性差,原因是當前汽輪發(fā)電機普遍不配置橫差保護,在定子一相繞組的兩條支路上沒有分別安裝電流互感器,僅有測量相電流的互感器,不具備測量環(huán)流的條件。虛功率法利用了匝間短路對發(fā)電機空載電動勢的削弱作用,提出根據(jù)電磁功率偏差診斷轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障,該方法能夠發(fā)現(xiàn)較輕微的短路故障,但診斷過程需要使用發(fā)電機的勵磁電流,因此,不適用于旋轉(zhuǎn)勵磁發(fā)電機。軸電壓法利用了短路在轉(zhuǎn)子兩端感應(yīng)的特定頻率的軸電壓諧波判斷轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障,但受運行過程中的油污、碳刷與轉(zhuǎn)軸滑動接觸速度較高等因素的影響,碳刷與轉(zhuǎn)軸間的接觸可靠性較差,需要經(jīng)常進行清理和維護。
總之,盡管目前對汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的在線檢測十分重視,但現(xiàn)有的診斷方法在應(yīng)用中都還存在一些不足,因此有必要進一步提高此類故障的診斷水平。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于穿心螺桿的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷方法,能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,提高此類故障的診斷水平。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
一種基于穿心螺桿的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷方法,取發(fā)電機定子鐵心穿心螺桿的一段,在其兩端通過定子鐵心段間間隙向外引出測量線,通過引出線采集穿心螺桿的感應(yīng)電壓;利用在線采集系統(tǒng)實時采集穿心螺桿的感應(yīng)電壓,并對采集到的感應(yīng)電壓進行實時的數(shù)據(jù)處理,得到相應(yīng)的諧波相對于基波的百分比含量,將上述百分比含量與設(shè)定閾值相比較,當相應(yīng)諧波的相對含量超出設(shè)定閾值時,判定該汽輪發(fā)電機存在轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障。
作為優(yōu)選,相應(yīng)諧波的相對含量與轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障程度成正比。
作為優(yōu)選,對于1對極汽輪發(fā)電機,使用2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波的百分比含量作為判斷標準;對于2對極汽輪發(fā)電機,使用1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波的百分比含量作為判斷標準。
對于1對極汽輪發(fā)電機,使用以下判據(jù):
對于2對極汽輪發(fā)電機,使用以下判據(jù):
其中,A1為基波幅值,A2為2次諧波幅值,A4為4次諧波幅值,A6為6次諧波幅值,A1/2為1/2次諧波幅值,A3/2為3/2次諧波幅值,A5/2為5/2次諧波幅值,a%為故障特征諧波之和相對于基波的百分比含量。
作為優(yōu)選,故障判定閾值設(shè)定為6%。
作為優(yōu)選,轉(zhuǎn)子繞組正常情況下,汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁勢為階梯形波,通過傅立葉分析將勵磁磁勢分解為一系列諧波,在靜止坐標系下勵磁磁勢表示為,
轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生短路故障后,被短路的轉(zhuǎn)子繞組無電流流過,勵磁磁勢變得不對稱,故障磁勢等于正常磁勢與被短路匝流過反向電流形成的磁勢的疊加,對反向流過被短路轉(zhuǎn)子繞組的電流形成的磁勢進行傅里葉分解,得,
對于1對極汽輪發(fā)電機,出現(xiàn)的2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波是匝間短路故障前沒有的;對于2對極汽輪發(fā)電機,1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波是匝間短路故障前沒有的;
氣隙磁場中出現(xiàn)偶數(shù)次或分數(shù)次諧波,這些諧波磁場在以同步速旋轉(zhuǎn)時將切割靜止的穿心螺桿,在穿心螺桿的感應(yīng)電壓中也將出現(xiàn)偶數(shù)次或分數(shù)次諧波。對于1對極汽輪發(fā)電機或2對極汽輪發(fā)電機,由于轉(zhuǎn)速不同,因此故障特征諧波磁場在穿心螺桿上感應(yīng)的電壓頻率也不相同;
當1對極汽輪發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障后,穿心螺桿的感應(yīng)電壓中將出現(xiàn)2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波,發(fā)電機正常運行時穿心螺桿的感應(yīng)電壓頻率則為1次、3次、5次等,選取2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波作為1對極汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的判據(jù);
當2對極汽輪發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障后,穿心螺桿的感應(yīng)電壓中將出現(xiàn)1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波,發(fā)電機正常運行時穿心螺桿的感應(yīng)電壓頻率則為1次、3次、5次等,將1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波作為2對極汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的判據(jù)。
采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于:本發(fā)明的診斷方法不需要在發(fā)電機內(nèi)部安裝傳感器,將發(fā)電機的定子穿心螺桿作為磁場測量傳感器,只需在穿心螺桿上引出測量引線即可完成磁場測量,實施起來十分安全、方便。本方法的診斷方法具有良好的適應(yīng)性,同時適用于靜止勵磁汽輪發(fā)電機和旋轉(zhuǎn)勵磁汽輪發(fā)電機。該方法具有極高的靈敏度,可以對汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組絕緣狀態(tài)進行在線監(jiān)測,能夠發(fā)現(xiàn)汽輪發(fā)電機最輕微的一匝短路故障。這對于防止汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障惡化、降低非計劃停運時間造成的經(jīng)濟損失以及提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性都有著重要意義。
附圖說明
圖1是轉(zhuǎn)子繞組正常時的勵磁磁勢示意圖;
圖2是被短路轉(zhuǎn)子繞組通入反向電流所產(chǎn)生的磁勢示意圖;
圖3是TA1100-78型汽輪發(fā)電機穿心螺桿及測量原理示意圖;
圖4是圖3中A部分的局部放大圖;
圖5是TA1100-78型汽輪發(fā)電機2維仿真模型;
圖6是發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子12號槽不同短路程度時單旋轉(zhuǎn)周期穿心螺桿處徑向磁密;
圖7是發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子12號槽不同短路程度時單旋轉(zhuǎn)周期穿心螺桿感應(yīng)電壓波形;
圖8是發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子繞組正常時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖9是發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子12號槽繞組1匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖10是發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子12號槽繞組2匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖11是發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子12號槽繞組3匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖12是發(fā)電機空載轉(zhuǎn)子12號槽繞組4匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖13是發(fā)電機負載轉(zhuǎn)子12號槽不同短路程度時單旋轉(zhuǎn)周期穿心螺桿處徑向磁密;
圖14是發(fā)電機負載轉(zhuǎn)子12號槽不同短路程度時單旋轉(zhuǎn)周期穿心螺桿段感應(yīng)電壓波形;
圖15是發(fā)電機額定負載轉(zhuǎn)子繞組正常時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖16是發(fā)電機額定負載轉(zhuǎn)子12號槽繞組1匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖17是發(fā)電機額定負載轉(zhuǎn)子12號槽繞組2匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖18是發(fā)電機額定負載轉(zhuǎn)子12號槽繞組3匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖19是發(fā)電機額定負載轉(zhuǎn)子12號槽繞組4匝短路時穿心螺桿感應(yīng)電壓頻譜圖;
圖中:1、穿心螺桿,2、測量引線,3、穿心螺桿與鐵心間的絕緣層,4、定子鐵心分段,5、數(shù)據(jù)采集及分析裝置。
具體實施方式
本發(fā)明中使用到的標準零件均可以從市場上購買,異形件根據(jù)說明書的和附圖的記載均可以進行訂制,各個零件的具體連接方式均采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟的螺栓、鉚釘、焊接、粘貼等常規(guī)手段,在此不再詳述。
文中各符號清單為:P、汽輪發(fā)電機的極對數(shù),通常情況下P=1或P=2;i、正整數(shù),i=1、2、3、4……;Ff、轉(zhuǎn)子繞組正常時發(fā)電機的勵磁磁勢;△Ff、被短路轉(zhuǎn)子繞組通入反向電流所產(chǎn)生的磁勢;θr、轉(zhuǎn)子空間電角度;β、轉(zhuǎn)子槽間電角度;αk、第k槽繞組匝數(shù);γ、大齒區(qū)占轉(zhuǎn)子圓周的角度;If、勵磁電流;m、短路槽號;Q、短路匝數(shù);N、轉(zhuǎn)子總槽數(shù)的四分之一;k、正整數(shù),k=1~N;j、正整數(shù),j=1、2、3、4……;n、正奇數(shù),n=1、3、5、7……;Bn、n次諧波磁通密度幅值;ωr、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械角速度;ω、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電角速度,ω=2πf=314(rad/S);R、探測線圈的探頭距離轉(zhuǎn)子中心的長度。Br、為穿心螺桿處的氣隙磁密的徑向分量;L、為截取的穿心螺桿長度;ωr、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械角速度;R、穿心螺桿與發(fā)電機中心的距離;A1/2、1/2次諧波幅值;A1、基波幅值;A3/2、3/2次諧波幅值;A2、2次諧波幅值;A5/2、5/2次諧波幅值;A4、4次諧波幅值;A6、6次諧波幅值。
一種基于穿心螺桿的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路診斷方法,取發(fā)電機定子鐵心穿心螺桿的一段,在其兩端通過定子鐵心段間間隙向外引出測量線,通過引出線采集穿心螺桿的感應(yīng)電壓;利用在線采集系統(tǒng)實時采集穿心螺桿的感應(yīng)電壓,并對采集到的感應(yīng)電壓進行實時的數(shù)據(jù)處理,得到相應(yīng)的諧波相對于基波的百分比含量,將上述百分比含量與設(shè)定閾值相比較,當相應(yīng)諧波的相對含量超出設(shè)定閾值時,判定該汽輪發(fā)電機存在轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障。
相應(yīng)諧波的相對含量與轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障程度成正比。
對于1對極汽輪發(fā)電機,使用2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波的百分比含量作為判斷標準;對于2對極汽輪發(fā)電機,使用1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波的百分比含量作為判斷標準。
對于1對極汽輪發(fā)電機,使用以下判據(jù):
對于2對極汽輪發(fā)電機,使用以下判據(jù):
其中,A1為基波幅值,A2為2次諧波幅值,A4為4次諧波幅值,A6為6次諧波幅值,A1/2為1/2次諧波幅值,A3/2為3/2次諧波幅值,A5/2為5/2次諧波幅值,a%為故障特征諧波之和相對于基波的百分比含量。
故障判定閾值設(shè)定為6%。
轉(zhuǎn)子繞組正常情況下,汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁勢為階梯形波,通過傅立葉分析將勵磁磁勢分解為一系列諧波,在靜止坐標系下勵磁磁勢表示為,
轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生短路故障后,被短路的轉(zhuǎn)子繞組無電流流過,勵磁磁勢變得不對稱,故障磁勢等于正常磁勢與被短路匝流過反向電流形成的磁勢的疊加,對反向流過被短路轉(zhuǎn)子繞組的電流形成的磁勢進行傅里葉分解,得,
對于1對極汽輪發(fā)電機,出現(xiàn)的2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波是匝間短路故障前沒有的;對于2對極汽輪發(fā)電機,1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波是匝間短路故障前沒有的;
氣隙磁場中出現(xiàn)偶數(shù)次或分數(shù)次諧波,這些諧波磁場在以同步速旋轉(zhuǎn)時將切割靜止的穿心螺桿,在穿心螺桿的感應(yīng)電壓中也將出現(xiàn)偶數(shù)次或分數(shù)次諧波。對于1對極汽輪發(fā)電機或2對極汽輪發(fā)電機,由于轉(zhuǎn)速不同,因此故障特征諧波磁場在穿心螺桿上感應(yīng)的電壓頻率也不相同;
當1對極汽輪發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障后,穿心螺桿的感應(yīng)電壓中將出現(xiàn)2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波,發(fā)電機正常運行時穿心螺桿的感應(yīng)電壓頻率則為1次、3次、5次等,選取2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波作為1對極汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的判據(jù);
當2對極汽輪發(fā)電機發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障后,穿心螺桿的感應(yīng)電壓中將出現(xiàn)1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波,發(fā)電機正常運行時穿心螺桿的感應(yīng)電壓頻率則為1次、3次、5次等,將1/2次,3/2次、2次、5/2次等諧波作為2對極汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的判據(jù)。
轉(zhuǎn)子繞組正常情況下,汽輪發(fā)電機的勵磁磁勢為階梯形波,磁勢在轉(zhuǎn)子各槽處發(fā)生階躍,階躍量與該槽內(nèi)繞組的有效安匝數(shù)成正比。對于任意P對極汽輪發(fā)電機,以其中的1對極為例,勵磁磁勢見圖1。
經(jīng)過傅立葉分析,可以將勵磁磁勢分解為一系列諧波。在與轉(zhuǎn)子保持同步的旋轉(zhuǎn)坐標系下,勵磁磁勢可以表示為:
通過上式可知:對于正常的汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子,勵磁磁勢包含基波、3次、5次等奇數(shù)次諧波,沒有偶數(shù)和分數(shù)次諧波。
轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路故障后,被短路的轉(zhuǎn)子繞組電流為零,勵磁磁勢變得不對稱。故障下的勵磁磁勢等于正常勵磁磁勢與被短路匝流過反向電流形成的磁勢的疊加,被短路匝流過反向電流所產(chǎn)生的磁勢如圖2所示。
對被短路勵磁繞組流過反向電流形成的磁勢進行傅里葉分解,得式:
上面兩式相加,即為發(fā)電機匝間短路后的實際勵磁磁勢。由此可知:當汽輪發(fā)電機發(fā)生勵磁繞組短路故障后,勵磁磁勢中將出現(xiàn)一些新的特征諧波,這些諧波的頻率與發(fā)電機的極對數(shù)無關(guān)。
假定發(fā)電機氣隙均勻,忽略齒槽效應(yīng)及飽和因素影響,則氣隙磁導(dǎo)為常數(shù),氣隙磁通密度中將出現(xiàn)與勵磁磁勢中相同的諧波。對于1對極汽輪發(fā)電機,2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波是轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障前沒有的;對于2對極汽輪發(fā)電機,1/2次、3/2次、2次、5/2次等諧波是匝間短路故障前沒有的。
為了防止汽輪發(fā)電機的定子鐵心松動,需要借助穿心螺桿進行固定。穿心螺桿與定子鐵心的長度相當,穿過沖片上的孔,穿心螺桿與沖片上的孔之間的間隙用絕緣進行填充,防止因短路引起鐵心過熱而導(dǎo)致鐵心燒壞。穿心螺桿的端部通過絕緣墊塊與鐵心絕緣,防止各個螺桿通過鐵心短接形成籠型短路結(jié)構(gòu)。
汽輪發(fā)電機的穿心螺桿與定子鐵心保持了良好的絕緣,是貫穿整個發(fā)電機定子鐵心的絕緣導(dǎo)體,這為轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測提供了天然的傳感器,此外,發(fā)電機定子鐵心沿軸向采用分段式結(jié)構(gòu),段與段之間為氫氣流通路徑,這為測量穿心螺桿電壓提供了引線的安裝空間。本文提出在發(fā)電機一段穿心螺桿的兩端向定子鐵心背部引線,見圖3和圖4。
在發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中,氣隙主磁場切割穿心螺桿,在穿心螺桿上感應(yīng)電壓,穿心螺桿的感應(yīng)電壓可以用下式表示:
e=BrLV=BrLωrR
通過上式可知:由于L、ωr、R均為常數(shù),因此,穿心螺桿的感應(yīng)電壓波形與穿心螺桿處的氣隙磁密的徑向分量波形完全相同。轉(zhuǎn)子繞組正常情況下,主磁場中只有基波、3次、5次等奇數(shù)次諧波,穿心螺桿也將感應(yīng)同頻率電壓;發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組匝間短路后,氣隙磁場出現(xiàn)偶數(shù)或分數(shù)次諧波,穿心螺桿也將感應(yīng)同頻率電壓。因此,可以利用穿心螺桿感應(yīng)的偶數(shù)或分數(shù)次諧波電壓診斷轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障。
選擇一臺TA1100-78型汽輪發(fā)電機(2對極)作為研究對象,完成空載和額定負載工況下的有限元仿真驗證,該機組的參數(shù)見表1。
表1 TA1100-78型汽輪發(fā)電機參數(shù)
建立的TA1100-78型汽輪發(fā)電機2維電磁場仿真模型如圖5所示。
為了檢驗新型診斷方法在各種工況下的有效性,仿真分為兩種工況進行,即發(fā)電機空載運行和帶額定負載運行。
以發(fā)電機12號槽發(fā)生不同匝數(shù)的短路故障為例,圖6為發(fā)電機空載工況下不同短路程度時穿心螺桿位置的徑向磁場隨時間變化規(guī)律。從圖6中可以看到:受轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的影響,發(fā)電機各磁極的徑向磁場出現(xiàn)了明顯的不對稱,穿心螺桿位置的磁場也呈現(xiàn)出不對稱特點。故障極磁場掃過穿心螺桿時,其徑向磁密小于轉(zhuǎn)子繞組正常時的數(shù)值。
在發(fā)電機穿心螺桿上截取0.1m長度,在其兩端向外引出電壓測量線,發(fā)電機徑向磁場以同步速切割穿心螺桿,該段穿心螺桿的輸出電壓與穿心螺桿處的徑向磁通密度具有相同的波形,見圖7。
對穿心螺桿感應(yīng)的電壓進行傅里葉分解,得到不同短路程度下的電壓頻譜圖,如圖8—圖12所示。從圖8—圖12可以看到:當轉(zhuǎn)子繞組正常時,穿心螺桿感應(yīng)電壓以50Hz(基波)、150Hz(三次諧波)、250Hz(五次諧波)、350Hz(七次諧波)等奇數(shù)次諧波為主,其中50Hz占比最大;隨著轉(zhuǎn)子繞組短路匝數(shù)的增加,穿心螺桿感應(yīng)電壓中出現(xiàn)了明顯的25Hz(1/2次諧波)、75Hz(3/2次諧波)、100Hz(2次諧波)等分數(shù)和偶數(shù)次諧波,短路越嚴重,這些諧波的增大幅度越明顯,成正相關(guān)關(guān)系。
圖13為發(fā)電機帶額定負載不同短路程度時穿心螺桿處的徑向磁密。可以看到:在負載運行時,匝間短路引起的發(fā)電機磁場不對稱也是十分明顯的,故障極磁場被嚴重削弱,其徑向分量也出現(xiàn)了不同程度的下降。
發(fā)電機穿心螺桿上感應(yīng)的電壓與穿心螺桿處的徑向磁通密度具有相同的波形,見圖14。
對穿心螺桿感應(yīng)的電壓進行傅里葉分解,得到不同短路程度下的電壓頻譜圖,如圖15—圖19所示。從圖15—圖19可以看到:當轉(zhuǎn)子繞組正常時,穿心螺桿感應(yīng)電壓以50Hz(基波)、150Hz(三次諧波)、250Hz(五次諧波)、350Hz(七次諧波)等奇數(shù)次諧波為主,其中50Hz占比最大;隨著轉(zhuǎn)子繞組短路匝數(shù)的增加,穿心螺桿感應(yīng)電壓中出現(xiàn)了明顯的25Hz(1/2次諧波)、75Hz(3/2次諧波)、100Hz(2次諧波)等分數(shù)和偶數(shù)次諧波,短路越嚴重,這些諧波的增大幅度越明顯,成正相關(guān)關(guān)系。
通過上述仿真結(jié)果可知:利用穿心螺桿感應(yīng)的2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波(1對極汽輪發(fā)電機)或1/2次、3/2次、2次、5/2次等諧波(2對極汽輪發(fā)電機)電壓可以有效診斷出汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障,特別適用于對汽輪發(fā)電機輕微轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的在線檢測,能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組1匝短路故障。隨著轉(zhuǎn)子繞組匝間短路程度的加重,穿心螺桿感應(yīng)電壓的2次、4次、6次等偶數(shù)次諧波(1對極汽輪發(fā)電機)或1/2次、3/2次、2次、5/2次等諧波(2對極汽輪發(fā)電機)含量越來越大,因此,本方法還可以反映出轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的嚴重程度和發(fā)展趨勢。
在本發(fā)明的描述中,需要理解的是,術(shù)語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系,僅是為了便于描述本發(fā)明,而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作,因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解,本發(fā)明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理,在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下,本發(fā)明還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。