CN101101319A - 发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置 - Google Patents

Abstract

发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置，包括定子转子以及设置在转子内的转子绕组，定子与转子之间构成的气隙，在定子与转子之间的气隙内设置有传感器，该传感器的信号输出端接信号预处理器的输入端，信号预处理器的输出端接Dsp数字处理器的输入端，Dsp数字处理器还与键盘、电源相连接，Dsp数字处理器的输出端还设置有通讯接口及Lcd显示器。本发明通过传感器将运行中的同步发电机气隙中的旋转磁场进行微分，并经Dsp数字处理器对微分波形进行分析即可判定转子绕组有无匝间短路故障及其所在槽的位置，从而实现了对电机转子绕组匝间短路状态的在线检测。

Description

发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置

技术领域

本发明涉及一种发电机短路状态的检测装置，具体涉及一种发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置。

背景技术

发电机转子绕组匝间短路是一种常见的电气故障，轻微的匝间短路对发电机运行不会产生太大影响，如果故障继续发展，将会危及发电机和电力系统的安全。对发电机组的转子绕组进行状态监测，旨在发现隐性故障，防止恶性事故的发生。因此，研究转子绕组匝间短路故障的机理和状态诊断方法具有重要的现实意义。

目前，对于发电机转子匝间短路故障的判断，国内外通用的手段是在静态工况下进行的，即只能对其“定期体检”，而不能在其使用期内连续不断的进行“健康状况”的检查和判断。关于发电机匝间短路的在线监测尚处于理论研究阶段，目前国内发电厂尚未见到该类系统在现场成功投运的例子。

目前，我国的国家标准制定了转子静态下交流阻抗及转子动态下气隙线圈探测这两种方法来检测转子线圈是否发生匝间短路故障。前者虽较灵敏，但属于离线检测。后者是充分利用发电机原已安装的传感器所测量的数据进行早期故障诊断的实时在线监测新方法。

传统的发电机匝间短路故障检测方法有单开口变压器法、双开口变压器法、交流阻抗和功率损耗率法、直流电阻法、发电机空载及短路特性实验法。以上测试方法已应用多年，并积累了许多经验。这些方法各有其优缺点但是上述方法都不能在实际运行工况下进行检测，其检测的条件与实际运行工况的等价性也比较差，无法实现运行检测。直流电阻法、发电机空载及短路特性实验法不能准确测得发生匝间短路的槽位，只能作为短路故障及其发展趋势的参考。

还由于实际运行中的动态匝间短路往往随转子的静止而消失或减轻，上述方法无法捕捉动态匝间短路故障。

目前对于转子绕组匝间短路的在线检测，国内外均有研究，主要方法有：探测线圈法，励磁电流法，定子环流判别法和RSO(Repetitive surgeoscilloscope)重复脉冲检测法。国内研究主要有：通过分析发电机励磁电流和发电机机端变量进行匝间短路故障诊断；通过分析发电机励磁电流谐波特性进行匝间短路故障诊断；短路工况下基于小波理论对探测线圈法波形进行分析，实现短路点的定位。国外研究主要有：由Albright提出的微分探测线圈法；俄罗斯的B.T卡茨曼提出的利用定子并联支路中的环流来检测匝间短路故障的方法；行波法用于转子绕组匝间短路的在线诊断目前还不够成熟。在匝间短路故障诊断应用方面，美国西屋公司通过分析探测线圈感应电势积分的磁通波形的方法，英国GEC公司采用电势波形谐波分析的方法。到目前为止，在发电机正常运行状态下，国内外的某一研究成果仍不能同时给出匝间短路故障判断、故障点定位和故障严重程度的信息。

我国国家机械部在1996年制定了“隐极式同步发电机转子匝间短路测量方法”标准，即JB/T8446-1996，2005年，对该标准进行了重新修订，新标准号为JB/T8446-2005。对发电机转子匝间短路的诊断制定了2种诊断方法，即静态下的交流阻抗法和动态下的微分动测法，对故障的确定具有指导意义。

属于发电机转子绕组匝间短路状态检测装置。主要由微分探测线圈、信号调理模块、A/D转换、dsp运算处理单元、LCD显示终端及专用故障诊断软件等构成，实现了发电机转子绕组匝间短路故障的状态检测，适用于汽轮发电机全工况即，短路工况、空载工况及负载工况下的故障检测，能够诊断是否存在或发生匝间短路、并且定位发生故障的槽位，同时给出故障严重程度的预测分析。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的缺点，提供了一种能够在线检测，并诊断转子绕组是否存在或发生匝间短路故障，定位发生故障的槽位的发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括定子转子以及设置在转子内的转子绕组，定子与转子之间构成的气隙，其特点是，在定子与转子之间的气隙内设置有传感器，该传感器的信号输出端接信号预处理器的输入端，信号预处理器的输出端接Dsp数字处理器的输入端，Dsp数字处理器还与键盘、电源相连接，Dsp数字处理器的输出端还设置有通讯接口及Lcd显示器。

本发明的传感器为采集气隙磁场中的转子槽漏磁势微分探测线圈，其具体位置在转子的轴向任意位置，径向距转子表面的距离为气障长度的1/4-3/4；信号预处理器包括依次相连的放大器、滤波器、电平抬升电路及A/D转换器，其中放大器与传感器相连接，A/D转换器与Dsp数字处理器相连接。

本发明通过传感器将运行中的同步发电机气隙中的旋转磁场进行微分，并经Dsp数字处理器对微分波形进行分析即可判定转子绕组有无匝间短路故障及其所在槽的位置，从而实现了对电机转子绕组匝间短路状态的在线检测。

附图说明

图1是本发明发电机的结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明信号预处理器6的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，2，本发明包括定子1转子3以及设置在转子3内的转子绕组5，定子1与转子3之间构成的气隙2，在定子1与转子3之间的气隙2内设置有传感器4，传感器4为采集气隙磁场中的转子槽漏磁势微分探测线圈，其具体位置在转子3的轴向任意位置，径向距转子3表面的距离为气障长度的1/4-3/4，该传感器4的信号输出端接信号预处理器6的输入端，信号预处理器6的输出端接Dsp数字处理器7的输入端，Dsp数字处理器7还与键盘10、电源11相连接，Dsp数字处理器7的输出端还设置有通讯接口9及Lcd显示器8。

参见图3，本发明的信号预处理器6包括依次相连的放大器12、滤波器13、电平抬升电路14及A/D转换器15，其中放大器12与传感器4相连接，A/D转换器15与Dsp数字处理器7相连接。

本发明的传感器4采集到发电机的的数据波形，其中一个波峰值对应转子的一个槽绕组，采集的信号比较微弱，经过放大器12、滤波器13、电平抬升电路14和A/D转换器15之后送Dsp数字处理器7中对采集的数据进行分析处理，当某一槽中的绕组发生匝间短路后，在漏磁势波形上直观的反映为该槽对应的漏磁势波峰出现明显的凹缩，Dsp数字处理器7会提取各槽对应的波峰点，通过运算分析自动完成故障的诊断、故障槽定位及故障严重程度分析，同时通过Lcd显示器8及通讯接口9完成对处理结果的显示、通讯等功能。

本发明的动测方法有单导线法和霍尔元件法的间接微分法(外加微分电路)，以及切向微分线圈法和径向微分线圈法的直接微分法等多种。经现场多次实测证明，径向微分线圈法效果最好、且简单易行。

Claims (3)

1、发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置，包括定子(1)转子(3)以及设置在转子(3)内的转子绕组(5)，定子(1)与转子(3)之间构成的气隙(2)，其特征在于：在定子(1)与转子(3)之间的气隙(2)内设置有传感器(4)，该传感器(4)的信号输出端接信号预处理器(6)的输入端，信号预处理器(6)的输出端接Dsp数字处理器(7)的输入端，Dsp数字处理器(7)还与键盘(10)、电源(11)相连接，Dsp数字处理器(7)的输出端还设置有通讯接口(9)及Lcd显示器(8)。

2、根据权利要求1所述的发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置，其特征在于：所说的传感器(4)为采集气隙磁场中的转子槽漏磁势微分探测线圈，其具体位置在转子(3)的轴向任意位置，径向距转子(3)表面的距离为气障长度的1/4-3/4。

3、根据权利要求1所述的发电机转子绕组匝间短路状态的检测装置，其特征在于：所说的信号预处理器(6)包括依次相连的放大器(12)、滤波器(13)、电平抬升电路(14)及A/D转换器(15)，其中放大器(12)与传感器(4)相连接，A/D转换器(15)与Dsp数字处理器(7)相连接。

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