功率期望原理的汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障診斷

遇亞輝

摘 要：汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障是極為常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)電氣問(wèn)題，輕微的勵(lì)磁繞組故障僅僅導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間產(chǎn)生失衡并出現(xiàn)大量熱能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐赊D(zhuǎn)子接地、大幅度磁化等現(xiàn)象，威脅到汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全。本文從功率期望原理的概念入手，簡(jiǎn)單闡述了這一原理在汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障中的運(yùn)用情況，以供同行工作之余參考。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；功率；期望原理；故障；勵(lì)磁繞組短路

中圖分類(lèi)號(hào)：TM311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來(lái)，隨著人們電力供應(yīng)穩(wěn)定性、安全性需求的不斷提升，快速、準(zhǔn)確、科學(xué)的診斷發(fā)電機(jī)故障已成為業(yè)界工作重點(diǎn)。汽輪發(fā)電機(jī)作為發(fā)電領(lǐng)域的常見(jiàn)工作體系，其一旦發(fā)生故障，必然影響到電力供應(yīng)穩(wěn)定與安全。為了更好、更準(zhǔn)確的解決汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障，我們?cè)谶@里通過(guò)功率期望原理闡述故障發(fā)生規(guī)律和原因，并借助有關(guān)科學(xué)原理對(duì)其處理和預(yù)防做了簡(jiǎn)單的探討。

一、功率期望原理概述

期望理論是于20世紀(jì)中葉出現(xiàn)的激勵(lì)機(jī)制和理論，它的出現(xiàn)在過(guò)去主要應(yīng)用在管理學(xué)和行為學(xué)中，其原理是將工作行為、效價(jià)、手段和期望理論結(jié)合起來(lái)，是管理心理學(xué)和行為學(xué)合二為一的綜合。它的應(yīng)用主要目的在于調(diào)動(dòng)工作人員積極性、激發(fā)工作人員內(nèi)部潛力，是根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)斷定目標(biāo)現(xiàn)狀，制定出與之相應(yīng)的優(yōu)化和處理方案。

二、汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障產(chǎn)生原因分析

通過(guò)過(guò)去多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)我們發(fā)現(xiàn)，在汽輪發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行的過(guò)程中，勵(lì)磁繞組故障問(wèn)題非常嚴(yán)重，造成這些問(wèn)題出現(xiàn)的原因也很多。其中包含了：墊塊在長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)生松動(dòng)，勵(lì)磁端部的線路接頭發(fā)生松動(dòng)，銅導(dǎo)線連接工藝方面存在缺陷造成線路在長(zhǎng)期運(yùn)行中出現(xiàn)毛刺、倒角以及轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中受到離心力作用而產(chǎn)生變動(dòng)，進(jìn)而造成勵(lì)磁系統(tǒng)變化等。而在發(fā)動(dòng)機(jī)靜止的時(shí)候，靜態(tài)轉(zhuǎn)換的時(shí)候線圈處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候一旦發(fā)生摩擦或者線路錯(cuò)位，必然導(dǎo)致線路之間的接觸發(fā)生變動(dòng)，從而引發(fā)線路連接不平衡，甚至是造成短路等問(wèn)題，一方面造成磁化損失，另外容易引發(fā)過(guò)量熱能，造成整個(gè)勵(lì)磁繞組出現(xiàn)接地乃至中斷故障。

在特殊的條件下，如果轉(zhuǎn)子的線圈之間產(chǎn)生短路，那么勵(lì)磁繞組之間的有效線圈數(shù)量也必然會(huì)更近一步減小。為了能夠更好的滿足勵(lì)磁條件要求，這個(gè)時(shí)候的勵(lì)磁電流必然會(huì)隨之增加。而機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)下，如果勵(lì)磁產(chǎn)生中斷或者斷斷續(xù)續(xù)的現(xiàn)象，這時(shí)的勵(lì)磁空間則會(huì)產(chǎn)生梯形波，造成轉(zhuǎn)子短路，甚至?xí)a(chǎn)生磁勢(shì)峰值發(fā)生波動(dòng)。這種現(xiàn)象一方面我們可以將其理解成為有效的電磁引導(dǎo)在磁勢(shì)上造成的，另外也可以認(rèn)為是各種磁勢(shì)突變的疊加。

三、常見(jiàn)汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障診斷方法

目前，我國(guó)大型汽輪發(fā)電機(jī)在應(yīng)用中常見(jiàn)的勵(lì)磁繞組短路故障的診斷方法主要包含了線圈探測(cè)法、勵(lì)磁電流法和軸電壓法三種手段。

1 功率期望原理在汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障中的實(shí)現(xiàn)

針對(duì)一臺(tái)存在勵(lì)磁繞組短路故障的發(fā)電機(jī)進(jìn)行分析，它的故障產(chǎn)生矢量圖如圖1所示。

如圖1所示，U表示發(fā)電機(jī)本身的電壓，而I表示發(fā)電機(jī)電流。其中Ff1表示勵(lì)磁繞組短路后的勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)矢量；0E為與Ff1對(duì)應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)；F'f1表示正常轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁磁勢(shì)矢量；E0為與F'f1對(duì)應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)。由圖1得出，勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)繞組運(yùn)行正常的時(shí)候，線圈電量明顯下降，其在定子繞組上感應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)比正常時(shí)期較小?；谶@一要求，在目前的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障研究中，我們可以根據(jù)已具有的參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量進(jìn)行分析，汽輪發(fā)電機(jī)在任意狀態(tài)下都能和實(shí)際電磁功率、無(wú)功功率產(chǎn)生交集，從而被相關(guān)工作人員獲取。

2 其他汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障診斷方法

2.1 線圈探測(cè)法

線圈探測(cè)法在應(yīng)用中是將發(fā)電機(jī)的定子鐵心深入到需要檢查的線圈內(nèi)部，由于短路的存在必然會(huì)造成繞組有效匝數(shù)的減少，線圈一端的勵(lì)磁必然很低，因此我們可以通過(guò)對(duì)比探測(cè)線圈以及勵(lì)磁脈沖電勢(shì)來(lái)診斷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障。這種方法在應(yīng)用中雖然簡(jiǎn)單且效果明顯，但由于容易受到探測(cè)線圈信號(hào)干擾、線圈圈數(shù)及探測(cè)深度等方面的限制，因此在一些特殊條件下無(wú)法達(dá)到有效診斷故障的目的。

2.2 勵(lì)磁電流法

勵(lì)磁電流法在汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障的診斷中，是根據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的勵(lì)磁繞組發(fā)生短路之后，線圈空隙磁動(dòng)勢(shì)下降，發(fā)電機(jī)內(nèi)部的勵(lì)磁電流增高，并將這兩種數(shù)值進(jìn)行比較得出的。在具體的故障診斷工作中，兩者之間的偏差超過(guò)一定范圍的時(shí)候，則可以斷定發(fā)電機(jī)內(nèi)部存在勵(lì)磁繞組短路故障。這種方法在汽輪發(fā)電機(jī)繞組短路故障診斷的時(shí)候主要是針對(duì)兩匝以上線圈的短路故障分析的。

2.3 軸電壓法

經(jīng)過(guò)多年工作時(shí)間分析，軸電壓法在勵(lì)磁繞組短路故障診斷中效果非常明顯，但是由于汽輪機(jī)長(zhǎng)期使用中線圈內(nèi)部污染狀況嚴(yán)重、碳刷和滑動(dòng)接觸速度較高等因素的影響，極容易在診斷的時(shí)候出現(xiàn)碳刷與轉(zhuǎn)軸接觸不緊密的現(xiàn)象，因此還需要我們?cè)诠ぷ髦卸ㄆ趯?duì)其進(jìn)行清理。

結(jié)語(yǔ)

總之，基于功率期望原理的汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組短路故障診斷為非侵入式，在這個(gè)時(shí)候我們完全可以根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行原理來(lái)斷定勵(lì)磁系統(tǒng)中線圈匝間是否存在有短路故障，也就是說(shuō)這個(gè)時(shí)候我們可以對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)和運(yùn)行的每一個(gè)環(huán)節(jié)加以監(jiān)控，也可以定期的對(duì)內(nèi)部線路、設(shè)備進(jìn)行檢查，進(jìn)而防止勵(lì)磁短路故障的出現(xiàn)，提升汽輪發(fā)電機(jī)的工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]孫宇光，余錫文，魏錕，黃子果，王祥珩.發(fā)電機(jī)繞組匝間故障檢測(cè)的新型探測(cè)線圈[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014（06）.