发电机匝间短路故障诊断

目录

1 引言 (1)

1.1 研究目的与意义 (1)

1.2 发电机故障诊断技术的发展状况 (1)

1.3 发电机转子绕组匝间短路故障检测的研究现状 (2)

1.4 本文的内容和主要工作 (4)

2 汽轮发电机转子绕组匝间短路的理论分析 (6)

2.1 汽轮发电机的转子结构 (6)

2.2 转子绕组发生匝间短路的原因 (6)

2.3 匝间短路的磁场分析 (7)

2.3.1 发电机发生匝间短路的磁场分析 (9)

3 发电机转子绕组匝间短路故障的探测线圈法 (12)

3.1 探测线圈法的测试原理 (12)

3.2 探测线圈的结构及置放 (14)

3.2.1 诊断系统及其功能组成 (15)

3.2.2 基本参数 (16)

3.2.3 传感器安装和定位 (16)

3.3.3 故障判断 (16)

3.3 大亚湾核电站发电机组的探测线圈法实例分析 (17)

参考文献 (20)

1引言

1.1研究目的与意义

随着我国国民经济的快速发展，电力工业正处于大电机和大电网的发展阶段。人们的生活和生产水平迅速提高，使得电能需求量日益增长，进而对电力系统的供电质量、可靠性及经济性等指标的要求也不断提高。发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个系统崩溃。

发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈、线圈引线以及阻尼绕组等部分组成。发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将承受很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。转子绕组是发电机经常出现故障的部位，除本体故障外，主要是转子绕组的短路故障，如匝间短路、一点接地短路、两点接地短路等。发电机正常运行时，转子绕组对地之间会有一定的分布电容和绝缘电阻，绝缘甩阻的阻值通大于1兆欧。但是因某种原因导致对地绝缘损坏或绝缘电阻严重下降时，就会发生转子绕组接地事故。当发电机转子发生一点接地故障时，因为励磁电源的泄漏电阻很大，一般不会造成多大的伤害，限制了接地泄露电流的数值。但是，发电机转子两点接地故障将会产生很大的电流，经故障点处流过的故障电流会烧坏转子本体。而部分转子绕组的短接，励磁绕组中增加的电流可能会导致转子因过热而烧坏，气隙磁通也会失去平衡，从而引起发电机的振动，还可能使转子大轴磁化，甚至会导致灾难性的后果，因此两点接地故障的后果是很严重的。

目前，在国内运行的大型发电机组中，发电机匝间短路故障占故障总数的比重较大，大多数发电机都发生过或已经存在转子绕组匝间短路的故障。由于转子绕组绝缘的损坏，转子绕组匝间短路后会形成短路电流，从而导致局部过热。发电机长期在这种环境下运行，会进一步引起绝缘的损坏，导致更为严重的匝间短路，最终形成恶性循环。据统计资料表明，发电机转子匝间短路故障并不会影响机组的正常运行，所以常常被忽略，但是如果任其发展，转子电流将会显著增加，绕组温升过高，无功输出降低，电压波形畸变，机组振动加剧，并且还会引起其它的机械故障，严重时还会影响发电机的无功出力。如果发生的是不对称的匝间短路故障，发电机组的振动将会加剧，转子绕组的绝缘也有可能进一步的损坏，进而发展成为接地故障，对发电机组的安全稳定运行构成了严重的威胁。因此，对发电机绕组匝间短路故障的诊断与识别是十分必要的。

1.2 发电机故障诊断技术的发展状况

早期的故障诊断主要依靠人工经验，如：看、听、触、摸等方法进行诊断，

具有一定的局限性。随着发电机组容量的不断提高，对机组的状态监测和故障诊断的要求也越来越高。近些年来，故障诊断技术不断吸收各学科的发展成果，诊断技术的理论与应用都得到了很大的发展，其涉及控制论、信息论、系统论、检测与估计理论、计算机科学等多方面的内容，成为集数学、物理、化学、力学、电子技术、信息处理、人工智能等多学科集于一体的新兴的交叉学科。其中人工智能、计算机网络技术和传感技术是发电机故障诊断技术的重要组成部分。

随着科学技术的发展，故障诊断技术己经成为保证发电设备安全稳定运行的重要手段之一，是国内外相关科研单位研究的一门新技术。发电机状态监测和故障诊断系统的内容十分广泛，主要包括定子绕组、转子、铁芯、氢油水系统以及机组轴系等各个方面。世界上已经开发使用的发电机在线监测系统有20多种。在国外，以美国为主的一些西方发达国家在发电机故障监测和故障诊断方面处于领先地位，如美国的Bently，IRD，BEI等公司，其先进的信号处理和数据分析技术为设备的状态监测提供了强有力的支持；日本的三菱电机公司开发了汽轮发电机在线绝缘诊断系统，利用发电机运行中局部放电现象的检测来进行诊断；瑞士开发的水电机组运行状态监测系统，其开放式的模块系统具有很强的灵活性；此外，还有德国的发电机无线电频率监测系统、意大利ENEL公司的定子绕组端部振动监测系统和韩国的在线局放诊断系统等。

我国在故障诊断技术方面研究发展的很快，70年代末至80年代初，通过吸收国外的先进技术，对一些故障机理和诊断方法进行了研究。其中清华大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学等一些高校做了大量研究，并取得了一定成果，在国内处于领先地位。如：东南大学开发的125MW汽轮发电机组状态实时监测与故障诊断系统；哈尔滨工业大学开发的200MW汽轮发电机组集散式状态监测与故障诊断系统，此系统可进行状态监测和趋势分析。

由于发电机故障的复杂性，它往往受到多种因素的影响，而且各因素之间还存在耦合作用，同一种故障在不同的系统中所表现出来的症状也不尽相同。另外，诊断软件的诊断依据是通过理论分析计算或实验室模拟得来的，与发电机的实际情况有较大的差异。一些故障诊断装置在实际的应用中存在诊断结果准确性差的问题，“漏诊”和“误诊”现象时有发生。因此，确定故障诊断规则和故障征兆已经成为发电机故障诊断系统研究的“瓶颈”问题。

1.3发电机转子绕组匝间短路故障检测的研究现状

在以往多年的实际工作中，全国各发电厂以及一些研究机构提出了许多转子绕组匝间短路故障的检测方法。目前对发电机转子绕组匝间短路的检测方法主要分为静态检测和动态检测两种[]。其中静态检测方法主要有以下几种：

1.直流电阻法

当绕组发生匝间短路时，直流电阻的数值将变小。通常大型汽轮发电机转子