淺談發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障在線監(jiān)測(cè)新方法

鄭雷

摘要：本文主要針對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障監(jiān)測(cè)問(wèn)題進(jìn)行分析。闡述了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障監(jiān)測(cè)的目的及意義，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障原因進(jìn)行分析，其中就諧波算法問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析。并根據(jù)現(xiàn)行主流的諧波算法模式，對(duì)其進(jìn)行了整體的簡(jiǎn)化改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子匝間故障;在線監(jiān)測(cè);諧波算法

中圖分類號(hào)：TM33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）11-0212-02

1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障監(jiān)測(cè)的目的及意義

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障主要是指轉(zhuǎn)子匝間出現(xiàn)短路故障，其中汽輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子匝間短路這一電氣故障的比例相對(duì)更高。這一故障看似不會(huì)直接影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，其作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的電氣故障，同樣會(huì)使得發(fā)電機(jī)處于非正常運(yùn)行狀態(tài)，繼而影響發(fā)電機(jī)運(yùn)作效率。如果轉(zhuǎn)子匝間短路不能及時(shí)得到解決，也會(huì)引起勵(lì)磁電流增大，轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常等較為嚴(yán)重的不良后果。因此，每時(shí)每刻全面的對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)能夠有效提高發(fā)電機(jī)組整體穩(wěn)定性。

2 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障類型及其原因總結(jié)

發(fā)電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的類型和原因不盡相同，在這里根據(jù)發(fā)電機(jī)類型不同可以將轉(zhuǎn)子匝間故障大致分為水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障以及汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障，本文著重分析情況更加普遍的汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障。其次，運(yùn)行時(shí)異常導(dǎo)致的短路故障，如發(fā)電機(jī)運(yùn)行環(huán)境起伏變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組在高速運(yùn)作時(shí)受到過(guò)多可能會(huì)影響繞組位置或硬件質(zhì)量的動(dòng)態(tài)應(yīng)力。或由于不正確的人為操作，如突然開啟冷態(tài)運(yùn)作狀態(tài)，導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子電流激增。

3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障監(jiān)測(cè)方法現(xiàn)狀分析

我國(guó)大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障監(jiān)測(cè)主要采用離線監(jiān)測(cè)方式，采用直流電阻法，開口變壓器法以及交流阻抗功率損耗法等，這一類離線監(jiān)測(cè)方法在我國(guó)近十年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用，方法應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富，同時(shí)監(jiān)測(cè)成本也相對(duì)較低。但是這一類離線監(jiān)測(cè)方法，大都需要在發(fā)電機(jī)在靜態(tài)下進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，對(duì)于動(dòng)態(tài)原因引起的轉(zhuǎn)子匝間運(yùn)行時(shí)短路故障的監(jiān)測(cè)不夠準(zhǔn)確全面。近兩年來(lái)，我國(guó)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障監(jiān)測(cè)一般采用在線監(jiān)測(cè)方式，常見(jiàn)的通過(guò)重復(fù)脈沖法，布置探測(cè)線圈或?qū)w以及機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)分析等方法，進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)的全面的短路故障監(jiān)測(cè)。

4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障諧波電流在線監(jiān)測(cè)方法分析

轉(zhuǎn)子繞組匝間故障時(shí)，無(wú)論是動(dòng)態(tài)或靜態(tài)的故障，其實(shí)際上都會(huì)出現(xiàn)定子繞組分支電流不協(xié)調(diào)的出現(xiàn)諧波環(huán)流。具體的諧波頻次與發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)P相關(guān)，可以把諧波頻次分為1/P，2/P，3/P等。因此，對(duì)各次諧波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，能夠準(zhǔn)確全面的對(duì)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，根據(jù)諧波數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)的變化規(guī)律，能夠更加準(zhǔn)確的推測(cè)和分析引發(fā)故障的原因，以方便發(fā)電機(jī)的日常檢修工作。

4.1 全周波傅氏算法計(jì)算各次諧波

發(fā)電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)子繞組周期性穩(wěn)定狀態(tài)波形，可以根據(jù)周期規(guī)律分為基波和各次諧波。對(duì)于即存在非周期狀況又包括周期狀況的波形，可以將其當(dāng)作數(shù)據(jù)窗截取延遲后的周期波形。在此理解基礎(chǔ)上，利用運(yùn)算方式相當(dāng)細(xì)節(jié)的全周波傅氏計(jì)算法，用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)周期函數(shù)進(jìn)行細(xì)節(jié)分析。

4.2 帶通濾波算法計(jì)算特定諧波

如上文所述，針對(duì)部分極對(duì)數(shù)較多的發(fā)電機(jī)，采用全周波傅氏計(jì)算方法計(jì)算諧波會(huì)出現(xiàn)新的運(yùn)算量超標(biāo)的問(wèn)題。針對(duì)這一情況，可以采用帶通濾波算法對(duì)于極對(duì)數(shù)較多的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行針對(duì)處理。而從全部的諧波分量中選出幾個(gè)或一個(gè)較為特殊的有進(jìn)一步監(jiān)測(cè)價(jià)值的諧波分量的這一過(guò)程就需要用到帶通濾波算法來(lái)篩選諧波分量，然后在對(duì)剩下的有效諧波分量數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算分析。具體流程圖如圖1所示。

以三峽水輪發(fā)電機(jī)組為例，首先，利用MATLAB fdatool工具設(shè)計(jì)帶通濾波器，如圖2所示。

其次，根據(jù)設(shè)計(jì)配置帶通濾波器，同時(shí)根據(jù)帶通濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)及公式，獲取輸入信號(hào)從過(guò)濾器中經(jīng)過(guò)的瞬時(shí)值。最后，根據(jù)這一公式得到有用的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值。經(jīng)過(guò)這一計(jì)算過(guò)程，就能使后續(xù)的運(yùn)算量顯著減少。但是，如果考慮三相電流等復(fù)雜機(jī)組動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀況，該算法也不夠靈活和準(zhǔn)確。

4.3 算法簡(jiǎn)化改進(jìn)

針對(duì)以上兩種諧波分量數(shù)據(jù)算法的明顯短板，可以嘗試通過(guò)兩種算法相結(jié)合的方式，通過(guò)諧波分量特征，排除基波、高頻次諧波以后剩下的各次諧波都是轉(zhuǎn)子匝間故障的特征量。根據(jù)這一認(rèn)知原則，可以把各次諧波的計(jì)算過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榭偟哪軌驕?zhǔn)確反映轉(zhuǎn)子匝間故障特征量的諧波分量數(shù)據(jù)計(jì)算。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)重點(diǎn)分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間故障在線監(jiān)測(cè)的諧波電流方法，就全周波傅氏算法對(duì)1/P，2/P，3/P等各次諧波的計(jì)算方式，以及帶通濾波算法濾除不需要的諧波量的計(jì)算方式。同時(shí)，針對(duì)機(jī)組較多或極對(duì)數(shù)較多的發(fā)電機(jī)組，采用諧波電流方法檢測(cè)轉(zhuǎn)子匝間故障，往往存在運(yùn)算量過(guò)大導(dǎo)致出現(xiàn)DSP超運(yùn)算負(fù)荷的這一風(fēng)險(xiǎn)情況。對(duì)諧波算法進(jìn)行了簡(jiǎn)化改進(jìn)。由于篇幅有限，本文對(duì)于諧波算法的相關(guān)分析，僅建立在理論層面的數(shù)據(jù)分析，并沒(méi)有結(jié)合實(shí)際的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。期望本文的研究能夠?yàn)槠渌嚓P(guān)實(shí)驗(yàn)類研究課題提供一定的理論參考。

參考文獻(xiàn)

[1]賴劼.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].中原工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，29（03）：66-70.

A new method for on-line Monitoring of Generator rotor Turn-to-turn Fault

ZHENG Lei

（Nanjing Nanrui Jibao Electric Co.， Ltd.， Nanjing Jiangsu? 211102）

Abstract：This paper mainly analyzes the problem of generator rotor turn-to-turn fault monitoring. The purpose and significance of generator rotor turn-to-turn fault monitoring are expounded， and the causes of generator rotor turn-to-turn fault are analyzed. The harmonic algorithm problem is analyzed in detail. According to the current mainstream harmonic algorithm mode， the overall simplified and improved.

Key words：rotor turn-to-turn fault; online monitoring; harmonic algorithm