汽輪發電機轉子匝間短路故障位置及短路匝數的判定方法

2023-10-04 02:33:54 5

專利名稱：汽輪發電機轉子匝間短路故障位置及短路匝數的判定方法
技術領域：
本發明屬於電力系統主設備繼電保護技術領域，尤其涉及一種基於定子分支電流 諧波分析的汽輪發電機轉子繞組短路故障位置判斷及短路匝數計算的方法。
背景技術：
轉子繞組匝間短路是大型汽輪發電機常見的一種電氣故障，輕微的故障不會對發 電機產生嚴重的影響，但若長期帶故障運行，短路處的局部過熱會導致故障惡化，引起勵磁 電流增加、無功出力降低、機組振動加劇等，給發電機組及電力系統帶來嚴重的安全隱患。 上世紀90年代我國某火電廠4臺300麗發電機中就有3臺因勵磁繞組匝間短路等原因最 終導致大軸磁化，其中兩臺還燒壞護環。轉子高速旋轉中勵磁繞組承受離心力造成繞組間的相互擠壓及移位變形、勵磁繞 組的熱變形、通風不良造成的局部過熱等是造成發電機轉子匝間短路的重要原因，這些原 因引起的故障在發電機靜態時不會發生，因此對故障的在線檢測有重要意義。檢測發電機 轉子匝間短路故障的傳統方法主要包括開口變壓器法、交流阻抗和功率損耗法、直流阻抗 法、空載及短路特性試驗法等，這些檢測方法都無法在實際運行工況下檢測。微分線圈動測 法雖可實現在線檢測，但需要安裝附加裝置。利用發電機運行中的電氣量實現對轉子繞組匝間短路故障的在線檢測不需對電 機進行改造，是實現故障檢測最直接的方法，實現該方法的前提是對轉子繞組匝間短路故 障的準確計算。交流電機的多迴路分析法以單個線圈為分析單元，能深入到電機繞組內部 分析各迴路的電流、電壓分布情況，而且能夠計及氣隙磁場的各種諧波，已經成功解決了電 機轉子繞組匝間短路的計算問題，並已申請了相應的發明專利「基於多迴路模型的發電機 轉子匝間故障分析技術」。為了提高大型汽輪發電機運行的可靠性，有必要研究利用發電機運行中的電氣量 對轉子匝間短路進行在線檢測並確定故障位置及短路匝數的新方法。

發明內容
本發明的目的是為汽輪發電機提供一種在實際運行工況時確定轉子繞組匝間短 路故障位置及短路匝數的方法。為了提高大型汽輪發電機運行的安全可靠性，本發明提出了一種不需對發電機進 行改造，並且可在實際運行工況時確定轉子繞組匝間短路故障位置及短路匝數的新方法。 該方法只需從發電機機端採集定子一個分支的電流，通過快速傅立葉分析濾取分支電流的 故障特徵諧波分量，利用各次特徵諧波分量的有效值及相角確定轉子繞組故障位置及短路 匝數。本發明的特徵在於，所述方法是依次按以下步驟進行的步驟(1)，計算轉子不同槽發生的不同匝數短路故障時定子支路電流的各次諧波 的有效值和相角，步驟如下步驟(1. 1)，向計算機輸入的定子和轉子所有迴路電壓方程的矩陣形式可表示
權利要求
1.汽輪發電機轉子匝間短路故障位置及短路匝數的判定方法，其特徵在於，所述方法 是在計算機中依次按以下步驟進行的步驟(1)，計算轉子不同槽發生的不同匝數短路故障時定子支路電流的各次諧波的有 效值和相角，步驟如下步驟(1. 1)，向計算機輸入的定子和轉子所有迴路電壓方程的矩陣形式可表示為 =1,2,…N，Q是定子支路序號，N是定子支 =Id, 2d, "Qcbgd是阻尼迴路序號，Id是阻Mea,…，Mq,N是第Q條定子支路與其它各定子支路之間的互感， Mead,…，MQ,gd，…，MQ,ld是定子第Q條支路與各阻尼迴路gd之間的互感，gd= ld， 2d,…，Id,Mljf,…，Mq,f，…，Mn,f是各定子支路Q與勵磁繞組迴路f之間的互感，Mljfkl, -,M0jfkl,…，MN,fkl是各定子支路Q與勵磁繞組故障附加迴路fkl之間的互感，Mgda,…，Mgd,Q，…，Mgd,N是第gd個阻尼迴路與各定子支路Q之間的互感，其中L1,…，Lq，…，Ln是各定子支路自感，Q 路總數，Lld，…，Lgd*"，Lld是各阻尼迴路自感，gd 尼迴路總數，Lf是勵磁繞組迴路自感，Lfvi是勵磁繞組故障附加迴路自感，Mgdad,…，Mgd,ld是第gd個阻尼迴路與其它各阻尼迴路之間的互感，Mldjf, -,Mgdjf,…，Mld,f是各阻尼迴路gd與勵磁繞組迴路f之間的互感，Mld,fkl,…，Mgd,fkl，…，Mld,fkl是各阻尼迴路gd與勵磁繞組故障附加迴路fkl之間的互感，Mfa,…，Mf,Q，…，Mf,N是勵磁繞組迴路f與各定子支路Q之間的互感，Mfad, -,Mfjgd-, Mfjld是勵磁繞組迴路f與各阻尼迴路gd之間的互感，Mfjfkl是勵磁繞組迴路f與勵磁繞組故障附加迴路fkl之間的互感，Mfjfkl = Mfkljf,Mfkla,…，Mfkl,Q，…，Mfkl,N是勵磁繞組故障附加迴路fkl與各定子支路Q之間的互感，Mfklad,…，Mfkl,gd…，Mfkl,ld是勵磁繞組故障附加迴路fkl與各阻尼迴路gd之間的互感，I1…，iQ，…，iN是各定子支路Q電流，ild···，Igd'…，in是各阻尼迴路gd電流，if、ifkl分別是勵磁繞組迴路f和勵磁繞組故障附加迴路fkl的電流， iA，iB，、是定子三相負載電流，rT、LT、％、uB, ,uc,分別為折算到發電機一側的變壓器的電阻、電感和電網各相電壓， U1, -,Uq,…，Un是各定子支路電壓， UA, Ub, Uc是定子各相電壓， rQ是定子支路電阻，rld,…，rgd，…，rld是各阻尼迴路電阻，Ezf、Rzf分別為勵磁系統電源的電動勢和內電阻，&為勵磁繞組迴路電阻，rfk為勵磁繞組故障附加迴路電阻，將上述矩陣形式的方程簡記為[U] =p{[L] · [I]} + [R] · [I] + [B']，其中[U]是以列形式表示的定子支路電壓是由仏，…UQ，…，Un，各阻尼迴路電壓…， Ugd，…，Uld = 0，勵磁繞組電壓Ezf，勵磁繞組故障附加迴路電壓Ufkl = 0以及定子側負載電 壓UA，UB，UC共同組成的序列，[L]是矩陣形式表示的所有定子支路和轉子各迴路的自感或互感， [R]是矩陣形式表示的所有定子支路和轉子各迴路的電阻， [I]是矩陣形式表示的所有定子支路和轉子各迴路的電流， [B']是電網三相電壓的列形式， P是微分算子，由於上式中轉子電壓方程是迴路電壓，而定子電壓方程是支路電壓，為了處理方便，定 轉子電壓方程都採用迴路電壓，這樣就需要重新處理定子迴路，將定子支路電壓方程轉換 為定子迴路電壓方程，從而得到以定子迴路電流和轉子各迴路電流為狀態變量的同步發電 機狀態方程Ρ[Γ ] = [Α] · [Γ ] + [Β]，其中[A] =-[L' J"1 · [R' ] · [Γ ] ;[B] = [L' Γ·[υ' ]-[L' Γ1 · [H] · [B']，[L' ] = [H] · [L] · [Ητ] ； [R' ] = p[L' ] + [H] · [R] · [Ητ]， [Γ ] = [Η1]"1 · [I]，[Γ ]包括定子和轉子迴路電流，[I]包括定子支路電流、轉子 迴路電流，[U' ] = [H] · [U], [U']包括定子和轉子迴路電壓，[U]包括定子支路電壓、轉子回 路電壓，[H]為定子支路對迴路的變換陣， 步驟(1.2)，計算定子和轉子各迴路的參數，步驟(1.3)，採用四階龍格-庫塔法數值方法對步驟(1，1)的微分方程組進行求解，即 可求得轉子不同槽數m下發生的不同匝數短路故障時定子迴路電流的二次和四次諧波環 流的有效值Im和二次和四次諧波環流的相角am，m = 1,2,3,…，用Im, μ2，Im, μ4，
全文摘要
汽輪發電機轉子匝間短路故障位置及短路匝數的判定方法，屬於電力系統主設備繼電保護領域，其特徵在於，首先利用基於多迴路模型的發電機轉子匝間故障分析技術對故障進行計算，擇優選擇檢測對象，利用特徵諧波分量的有效值及相角確定轉子故障類型及故障位置判據；然後基於計算結果擬合得到不同槽內繞組短路時定子分支故障特徵諧波電流與短路匝數的函數關係；應用時只需從發電機機端採集定子一個分支的電流，通過快速傅立葉分析濾取分支電流的故障特徵諧波分量的有效值及相角，根據故障類型和故障位置判據可確定故障位置，再通過求解定子分支故障特徵諧波電流與短路匝數的函數關系所構成的方程即可確定短路匝數。
文檔編號G01R31/06GK102087329SQ201010554528
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者孫宇光, 王祥珩, 郝亮亮 申請人:清華大學