大型发电机转子匝间短路故障的在线诊断方法

摘要

本发明公开了一种基于转子振动与励磁电流相关性的大型发电机转子匝间短路故障在线诊断方法，步骤依次如下：(1)检测转子异常轴振；(2)监测转子绕组的励磁电流；(3)判断转子的异常轴振与励磁电流之间的对应关系或规律，并判断两者之间是否存在跟随性的特征，即判断轴振的变化曲线是否与励磁电流的变化曲线相一致；若两者的变化规律相一致，则可判断转子绕组内部存在匝间短路故障。应用这一方法，可以迅速、准确地在线诊断出大型发电机转子是否存在匝间短路故障，能够大大缩短转子异常振动问题的分析时间。

主权项

1.一种大型发电机转子匝间短路故障在线诊断方法，步骤依次如下： （1）检测转子异常轴振； （2）监测转子绕组的励磁电流； （3）判断转子的轴振与励磁电流之间的对应关系或规律，并判断两者之间是否存在跟随性的特征，即判断轴振的变化曲线是否与励磁电流的变化曲线相一致；若两者的变化规律相一致，则可判断转子绕组内部存在匝间短路故障； 所述的步骤（3）中的转子的异常轴振与励磁电流之间的对应关系为： 由于在同一空间中穿过的磁通量相同，因此，可以得到关系式： N_t×(90°-β)/180＝(N_t-N_s)/(90°+β)/180   （1） 其中，β＝90°×N_s/(2N_t-N_s)   （2） 式中，N_t为每极励磁线圈的总匝数，N_s为发生匝间短路的匝数； 假定畸变后的磁感应强度分布仍接近于正弦波，那么转子受到的不平衡电磁力为： 式中，F为不平衡电磁力，单位为牛顿（N）；B_N和B_s分别为N极和S极的磁感应强度，单位为特斯拉（T，即N/(A×m)）；μ₀为空气磁导率，μ₀＝4π×10^-7N/A²；L为转子导体的有效长度，R为转子锻件的半径，两者的单位均为米（m）； 式（3）中的B_N和B_s分别为： B_N＝N_t×I_f×4π×10^-7/(2×δ)   （4） B_S＝(N_t-N_s)×I_f×4π×10^-7/(2×δ)   （5） 式中，I_f为转子绕组的励磁电流，单位为安培（A），δ为发电机转子和定子间的气隙距离，单位为米（m）； 将（4）和（5）两式代入（3）中，由于除励磁电流I_f是可调节的变量以外，其它L、R、N_t、δ均为与转子绕组结构有关的参数，是已确定的恒定值，因此，由（3）式确定的不平衡电磁力F其实只与励磁电流I_f和N_s有关，因此，（3）式可以简单地写成 式中，λ表示将（3）中的提取出来后的计算值，它是一个定值；由（6）式可见，转子绕组内部发生匝间短路故障后，转子运行中受到的不平衡磁拉力的大小，只与转子绕组中流过的励磁电流I_f有关，且与励磁电流I_f的平方成正比例关系； 大型汽轮发电机的转子实际上是悬挂在油膜中的，因此可将其看成一个线性系统； 在线性系统中，部件呈现的振幅与作用在该部件上的激振力成正比，与它的动刚度成反比，可表示为 A＝P/K_d    （7） 式中，A—振幅，P—激振力，K_d—部件动刚度，且有 K_d＝K_c/μ   （8） 其中， 式中，K_c—部件静刚度，μ—动态放大系数，ω—激振力频率，ω_n—转子固有频率，ε—阻尼系数； （6）中的不平衡电磁力即（7）中的激振力P，将（6）、（8）、（9）代入（7）中，可得到 其中，K＝λ/K_c，它只是一个系数； 由（10）可见，转子振动的振幅仍然与励磁电流成正比，也与动态放大系数μ成正比；这里应该注意到，当激振力频率ω接近转子固有频率ω_n也即通常所说的临界转速时，由于阻尼系数ε的数值很小，从（9）可见，动态放大系数μ将急剧增大，因此，转子的振幅就将急剧增大，即产生共振现象，时间稍长，就很容易损坏转子；当转子在额定转速下运行时，通常动态放大系数μ都很小且为定值；因此，由（10） 可知，转子的振幅将只由励磁电流决定，且与成正比。