检测发电机转子匝间短路故障的方法

2008年9月第9卷第3期包头职业技术学院学报

JOURNALOFBAOTOUVOCATIONAL&TECHNICALCOLLEGESeptember.2008Vol.9.No.3

检测发电机转子匝间短路故障的方法

王炳艳

(包头职业技术学院电气工程系,内蒙古包头014030)

Ξ

摘　要:分析考虑饱和条件下的转子匝间短路故障模型,找到励磁电流和发电机无功功率损失之间的关系以及故障严重程度、励磁电流变化之间的关系,提出借助于转子侧故障前后励磁电流相对变化率识别匝间短路故障的一种有效方法。关键词:转子匝间短路判据;故障诊断

InspectingMethodsoftheInterturnFaultofElectricMotorRotor

WangBingyan

(ElectricEngineeringDepartment,BaotouVocational&TC014030)Abstract:Byanalyzingthemodelswithrotor,thepaperfindsouttherelationshipbetweenthelossandtherelationshipbetweenthefaultseriousputsaneffectivemethodbytherelativeratiooftheex2citingandintherotorsidetoidentifytheinterturnshortcircuitfault.Keywords:ofrotorinterturnfault;faultdiagnoses0　引言

转子绕组匝间短路是发电机故障中发生概率较高的一类故障。引起它的主要原因有:线匝绝缘的异动;转子端部的热变形;线圈端部垫块的松动或者护环绝缘衬垫的老化;小的导电粒子或碎渣进入转子线圈端部及通风沟等。其影响程度多取决于短路的程度和短路的具体部位。这类故障发生后,一方面不仅能够引起转子的热不平衡,使得转子的漏磁场发生变化;转子不均匀的发热和相邻磁极不平衡的磁拉力都能引起机械上的不平衡并使振动增加。同时,定子绕组的同一相并联支路内会由于电势的不平衡而产生环流,主轴、轴承座和端板也会最终磁化。故障的发生能够限制发电机的功率输出,增加运行的危险性。其进一步的发展将会导致一点甚至两点接地故障的发生,从而迫使机组停机。另一方面,故障短路点处的短路损耗会随之增大,从而导致绕组总损耗的增大,局部温度不断升高所引起的热

膨胀将造成转子不同程度的弯曲,振动剧烈增加。

因此,为了能够估计发电机停机时的损坏程度以及所需检修的时间和费用,需要在线监测发电机的状态,迅速确定短路故障的具体位置。1　转子匝间短路电流和故障程度的关系

发电机发生转子绕组匝间短路后,由于有效磁场减弱,

输出无功功率减小,导致励磁电流的计算值与实际电流的测量值两者将出现偏差,此时的相对偏差可作为转子绕组匝间短路故障后的判据,经推导,短路判据的表达式为:a%=

w′fd

,其中,a%表示

励磁电流的相对变化率,n表示短路匝数,w′fd表示

故障后的转子绕组匝数。如果转子绕组匝数较多,可以认为:w′fd≈wfd,其中,wfd表示转子绕组匝数。则短路判据为:a%=

。wfd

从判据表达式可以看出,短路严重程度和短路匝数值之间有一种对应关系,短路越严重,判据数值

Ξ收稿日期:2008-06-10

作者简介:王炳艳(1975-),女,河北景县人,讲师,硕士,主要从事电子技术方向的教学和研究工作。

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王炳艳:检测发电机转子匝间短路故障的方法

越大,其关系近似线性的程度越增加。例如,QFSN-300-2型发电机,转子绕组匝数86匝,如果短路匝数2匝,则a%=则a%=

=2.3%,如果短路匝数5匝,wfd

=5.8%。wfd

从判据表达式可以看出,该判据仅与转子绕组匝数wfd和短路匝数n有关,和发电机的输出有功功率及无功功率无关。这一特征表明,对于同一台汽轮发电机,匝间短路判据数值,适用于发电机过励状态。2　试验处理和分析

在已知电压、电流、无功功率等条件下,可计算发

电机正常状态(良好状态)下的励磁电流If,此励磁电流就是无故障时的励磁电流。采用达拉特电厂动模实验室MJF-30-6实验发电机进行转子绕组匝间短路试验,试验过程如下:在发电机正常并网运行状态下,基本维持有功功率不变(P=10kW),改变励磁绕组匝间短路程度(短路程度从0开始依次增加至20%),测量各个电气量,恒定状态下定子电流、无功功率等几组电气参量,使用MJF-30-6模拟步发电机参数数据及发电机在线记录数据如表1。

表1　发生匝间短路故障前后在线数据

工短路匝数有功功率无功功率转子电流转子电流况百分比/1

01.2103.9106.07010.06012.93014.83

/W10213.210213.210308.810308.810293.410293.4210342.810342.810003.410003.4

/VA9343.069343.069183.759183.759098.05378818.998818.998420.188420.18

定子定子电流/A

23.2387323.[1**********]2.3056622.3056622.7997122.7997122.6823122.68231

计算值

/%2.997

测量值

/a%2.471

线匝计算百分比/%

1.222

状态故障前故障后故障前故障后故障前故障后故障前故障后故障前故障后故障前故障后

计算值/A测量值/A电压/V

1.879583

1.869981.926031.829151.954201.1.1.2.040521.781402.120251.76282.15296

[***********]

[1**********]0

21.8297386.6.073

39.0519.0226.462

41.14.0314.0211.183

51.78166619.0219.0014.849

61.76354622.1322.0817.406

　　通过以上试验数据可以看出,转子匝间短路发

生后,引起转子电流的增大,无功功率却相对减小。随着短路程度的增加,这种趋势越来越明显,即判据数值越来越大。3　实例分析

表2是我国某电厂SQF-100-2型汽轮发电机

发生匝间短路故障时的实时数据记录。通过计算匝间短路故障判据a%分别是7.2%、9.0%。实际情况是转子绕组励侧第18槽短路6匝及汽侧第7槽短路2匝,共8匝。

表2　发电机转子线圈发生匝间短路故障前后在线记录数据

工况

日　期

2002.1.132002.1.232002.1.122002.1.23

时　间

2:009:0013:009:57

有功功率

/MW80809090

无功功率

/MVA35353030

转子电压

/V[1**********]0

转子电流

/A[**************]0

定子电压

/kV10.310.410.410.3

定子电流

/kA5.05.25.75.6

故障据

/a%7.2

状　态故障前故障后故障前故障后

1

29.0

(下转第23页)

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马先超等:对新函数———因子周期函数的探析

函数也没有最小顺向因子周期。

由这三个例子可知,有些因子周期函数没有最小顺向因子周期,下面讨论哪些因子周期函数一定有最小顺向因子周期。

)上异于常定理2　设y=f(x)是区间(0,+∞

)上值的因子周期函数,且y=f(x)在区间(0,+∞

连续,则y=f(x)有最小顺向因子周期。

证明:由于y=f(x)不是常值函数,因而

),使得f(x0)≠f(1),令ϖx0∈(0,+∞

A=

)x|f(x)=f(x0),x∈(1,+∞a=infA

顺向因子周期为k,则对于Πx0>0,都有m∈Z,

x0∈[1,k]使得x0=k・x0,

(x0)=lim∴f′

x→x

m

()(),m∈[1,k]

x-x0k

mmf(km)-f(k・x0)

(x0)=lim∴f′

x→xmm0

km-k・x0

k

(x0)=mf′(x0)∴f′

k

根据上面的分析可得到如下结论:

)上可导的结论1　设y=f(x)是区间(0,+∞

因子周期函数,最小顺向因子周期为k,则有

(x)=mf(m)f′

k

)上的因子结论2　设y=f(x)是区间(0,+∞

k

则f(a)=f(x0),可以证明a>1。

事实上,如果a=1,则存在数列{an}

n→+∞n→+∞

limf(an)=f(1)。

n→+∞

另一方面,f(a)n,=f(x0),Πn∈N,所以limf(an)=f(x0),矛盾。

周期函数,最小顺向因子周期为k,那么y=f(x)可导当且仅y=f(x)[1,k]上可导,且

(+0)′(kf因此,y=f(x)的顺向因子周期都大于a。事

实上。如果,k是y=f(x)・a)=f(a)=f(),ka

)上的因子周期函函数。设y=f(x)是区间(0,+∞

a,则f(k

-1

,所

。

二是周期函数的积分与一个周期上的积分有密切的关系,那么因子周期函数的积分与一个因子周期上的积分的关系也值得研究。

三是周期函数的导函数仍然是周期函数,那么因子周期函数的导数是否具有这个性质也期待着我们进一步研究和讨论。

参考文献:

[1]侯文超.周期函数及最小正周期[J].北京:北京工商大学

数,最小顺向因子周期为k,为了研究的方便,称区间[1,k]为y=f(x)的基本区间。关于y=f(x)的连续性有如下结论:

)上的因子周命题1　设y=f(x)是区间(0,+∞

期函数,最小顺向因子周期为k,那么y=f(x)是连续函数当且仅当y=f(x)在基本区间[1,k]上连续。

由于函数的可导性与导函数的性质是非常重要的,因而接下来讨论因子周期函数可导性与导函数。

设y=f(x)是一个可导的因子周期函数,最小

学报(自然科学版),2007,(1).

[2]任潜能.几乎周期函数[J].湖北:湖北工业大学学报,2006,

(1).

(编辑　王英姿)

(上接第12页)4　结论

运行数据与理论推导相吻合的结果。

参考文献:

[1]梁晓.发电机转子线圈动态匝间短路测试的理论分析和

通过对转子绕组匝间短路故障发生后的电磁特

性和电气参量的变化关系进行详细的分析,理论证明了匝间短路发生后,励磁电流相对增加,而无功损失却相对减少的故障特征,找到了故障后励磁电流变化和故障程度的对应关系,建立了故障诊断的一个有效判据,并用动模试验机组进行了验证,得到了

探测方法[J].江西电力,2002.

[2]阮羚等.大型汽轮发电机转子匝间短路在线监测方法的

研究及应用[J].中国电机工程学报,2005.

(编辑　王英姿)

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