大型发电机转子匝间短路故障的在线监测
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
崭新的思路，国外F.C.Trutt等学者对此进行了大量研究。 万书亭教授在转子匝间短路对发电机定转子振动特性的 影响方面进行了大量深入的研究。 但引起发电机振动的原因很多，无法单纯利用振动
特性对故障进行检测。
9
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
e、利用电机轴电压
也有学者利用电机轴电压进行故障检测。有文献以
11
1. 选题背景及研究现状概述
大型发电机转子匝间短路故障的检测方法
传统检测方法 冲击脉冲法
单导线微分法 微分线圈动测法 利用机组振动特性检测 利用轴电压检测
——无法在线检测
——需要对机组进行改造
——缺乏针对性
利用定子绕组并联环流检测 ——仅有定性的理论分析与实验研究 利用励磁电流检测
——瓶颈：无法准确计算故障后的电气量，且对故障特征及机 理缺乏深入的认识，不具备设计转子匝间短路监测的理论基 12 础。
2.报告主体内容
I. 大型发电机转子匝间短路故障的数学模型 II. 大型发电机转子匝间短路故障的仿真计算与实验验证 III. 大型发电机转子匝间短路的故障特征及其机理 IV. 大型发电机转子匝间短路故障的快速计算模型 V. 大型发电机转子匝间短路故障的在线监测 VI . 展望——机电特征融合的故障在线监测
RZF if EZF uf
if
RT
uA'B' (2)
RT LT iA
B
uB'C' (4)
RT LT iB
b2
ifk
ifkL
ifkL
RfkL
LT
a1
A
a2
b1
c1
C
iC
c2
ຫໍສະໝຸດ Baidud,1
(1) 2 3
(3) 4 5
(5) 6
c,1
c,2
c,3
c,4
c,Nd-1
c,Nd
c,1
c,2
1
故障引起发电机拓扑的改变
考虑环流的定子回路
2
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
故障案例
仅中国广东省在 2009-2011 的三年中，就已经有十 余台 400MW~1000MW 等级的发电机出现了转子匝 间短路故障，在2010年就已确认发生了5起。 上世纪90年代我国某火电厂4台300MW发电机中就 有 3 台因转子绕组匝间短路等原因最终导致大轴磁 化，其中两台还烧坏护环。 2005 年凤滩水电站 6 号发电机的转子绕组匝间短路 故障还引起了主保护的动作。
大型发电机转子匝间短路故障的在线监测
北京交通大学 郝亮亮 llhao@bjtu.edu.cn
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
转子匝间短路故障的产生原因
• 设计不合理 • 加工工艺的不良 • 运行中各种机、电、热等作用的共同影响——在线监测
故障危害
轻微转子匝间短路对发电机运行不会产生严重影响。 但如果继续发展 • 励磁电流增大 • 输出无功减小 • 机组振动加剧 • 局部过热转子接地烧伤轴颈、轴瓦
一台30KVA的两对极汽轮发电机为例，分析了转子匝间 短路时发电机转子轴电压特性，得出故障发生后发电机 将产生两倍频、四倍频、六倍频的轴电压。
10
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
f、利用运行中的电气量
利用运行中的电气量实现对转子匝间短路故障的 在线监测不需对发电机一次侧进行改造，且针对性强， 能发现运行中的动态短路，是目前的研究热点。 利用励磁电流 利用人工神经元网络 利用定子并联支路环流 ——仅有定性的理论分析与实验研究
6
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
c、冲击脉冲法（RSO）
发射信号 接收信号
A
发射信号
接收信号
B
A-B
信号处理
7
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
c、冲击脉冲法（RSO）
励磁绕组正常时
8
励磁绕组故障时
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
d、利用机组振动特性
机组的振动特性为解决发电机内部故障提供了一种
I. 大型发电机转子 匝间短路故障的数学模型
I.故障的数学模型
建立数学模型时需考虑的关键点
•气隙磁场的各种空间谐波 •拓扑结构的改变 •故障引起的定子相绕组内环流 •不同于正常励磁绕组的结构
uC'A'
需重新建立基本方程 建立与故障励磁绕组有关 的电感参数模型
e,1 e,2 d,2 e,3 d,3 e,Nd-1 d,Nd-1 e,Nd d,Nd e,1 d,1
考虑故障引起的气隙磁场各 种谐波采用实际的阻尼回路
I.故障的数学模型—基本方程
定子支路方程
•电压方程 uSi p Si rSiiSi •磁链方程
Si M Si ,Sj iSj M Si ,Dj iDj M Si ,f if M Si ,fk ifkL
j =1 j 1 N d
5
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
b、基于磁场探测的故障检测方法
励磁绕组
N
探测线圈 磁通波形
包络线
探测线圈 感应电压波形
包络线
微分线圈动测法由英 国学者 Albright 于 1971 年 首先提出，是近年来国 内外广泛采用的方法。 在一定程度上弥补了 单导线微分法处理发电 机负载情况时的局限性 ， 但大多数发电机均未装 设探测线圈，限制了该 方法的应用。
2014年四川某大型水电站的水轮发电机发生了多个 磁极的短路故障。
3
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
a 、传统检测方法
开口变压器法 交流阻抗和功率损耗法 直流阻抗法 空载及短路特性试验法 两极电压平衡实验 绕组分布电压测量…… ——已在现场应用多年，积累了很多经验，但这些方法受 其它因素的干扰很大，而且都不能在实际运行工况下检测， 应用效果往往很不理想。
4
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
b、基于磁场探测的故障检测方法
励磁绕组
N
S
探测导体感应 电动势波形
感应电动势 的微分波形
单导线微分法由我国 哈尔滨大电机研究所于 1972 年 提 出 ， 并 试 验 成 功。 该方法在发电机负载 时会受到电枢反应的影 响，使检测结果失效。 因此单导线微分法不太 适合负载时对励磁绕组 匝间短路的检测。
uC'A'
uA'B' (2)
RT LT
A
uB'C' (4)
RT LT RT LT iB
b2
a1
iA
a2
b1 B
c1
C
iC
c2
(1) 1 2 3
(3) 4 5
(5) 6
考虑环流的定子回路
I.故障的数学模型—基本方程
励磁回路方程
特性对故障进行检测。
9
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
e、利用电机轴电压
也有学者利用电机轴电压进行故障检测。有文献以
11
1. 选题背景及研究现状概述
大型发电机转子匝间短路故障的检测方法
传统检测方法 冲击脉冲法
单导线微分法 微分线圈动测法 利用机组振动特性检测 利用轴电压检测
——无法在线检测
——需要对机组进行改造
——缺乏针对性
利用定子绕组并联环流检测 ——仅有定性的理论分析与实验研究 利用励磁电流检测
——瓶颈：无法准确计算故障后的电气量，且对故障特征及机 理缺乏深入的认识，不具备设计转子匝间短路监测的理论基 12 础。
2.报告主体内容
I. 大型发电机转子匝间短路故障的数学模型 II. 大型发电机转子匝间短路故障的仿真计算与实验验证 III. 大型发电机转子匝间短路的故障特征及其机理 IV. 大型发电机转子匝间短路故障的快速计算模型 V. 大型发电机转子匝间短路故障的在线监测 VI . 展望——机电特征融合的故障在线监测
RZF if EZF uf
if
RT
uA'B' (2)
RT LT iA
B
uB'C' (4)
RT LT iB
b2
ifk
ifkL
ifkL
RfkL
LT
a1
A
a2
b1
c1
C
iC
c2
ຫໍສະໝຸດ Baidud,1
(1) 2 3
(3) 4 5
(5) 6
c,1
c,2
c,3
c,4
c,Nd-1
c,Nd
c,1
c,2
1
故障引起发电机拓扑的改变
考虑环流的定子回路
2
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
故障案例
仅中国广东省在 2009-2011 的三年中，就已经有十 余台 400MW~1000MW 等级的发电机出现了转子匝 间短路故障，在2010年就已确认发生了5起。 上世纪90年代我国某火电厂4台300MW发电机中就 有 3 台因转子绕组匝间短路等原因最终导致大轴磁 化，其中两台还烧坏护环。 2005 年凤滩水电站 6 号发电机的转子绕组匝间短路 故障还引起了主保护的动作。
大型发电机转子匝间短路故障的在线监测
北京交通大学 郝亮亮 llhao@bjtu.edu.cn
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
转子匝间短路故障的产生原因
• 设计不合理 • 加工工艺的不良 • 运行中各种机、电、热等作用的共同影响——在线监测
故障危害
轻微转子匝间短路对发电机运行不会产生严重影响。 但如果继续发展 • 励磁电流增大 • 输出无功减小 • 机组振动加剧 • 局部过热转子接地烧伤轴颈、轴瓦
一台30KVA的两对极汽轮发电机为例，分析了转子匝间 短路时发电机转子轴电压特性，得出故障发生后发电机 将产生两倍频、四倍频、六倍频的轴电压。
10
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
f、利用运行中的电气量
利用运行中的电气量实现对转子匝间短路故障的 在线监测不需对发电机一次侧进行改造，且针对性强， 能发现运行中的动态短路，是目前的研究热点。 利用励磁电流 利用人工神经元网络 利用定子并联支路环流 ——仅有定性的理论分析与实验研究
6
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
c、冲击脉冲法（RSO）
发射信号 接收信号
A
发射信号
接收信号
B
A-B
信号处理
7
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
c、冲击脉冲法（RSO）
励磁绕组正常时
8
励磁绕组故障时
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
d、利用机组振动特性
机组的振动特性为解决发电机内部故障提供了一种
I. 大型发电机转子 匝间短路故障的数学模型
I.故障的数学模型
建立数学模型时需考虑的关键点
•气隙磁场的各种空间谐波 •拓扑结构的改变 •故障引起的定子相绕组内环流 •不同于正常励磁绕组的结构
uC'A'
需重新建立基本方程 建立与故障励磁绕组有关 的电感参数模型
e,1 e,2 d,2 e,3 d,3 e,Nd-1 d,Nd-1 e,Nd d,Nd e,1 d,1
考虑故障引起的气隙磁场各 种谐波采用实际的阻尼回路
I.故障的数学模型—基本方程
定子支路方程
•电压方程 uSi p Si rSiiSi •磁链方程
Si M Si ,Sj iSj M Si ,Dj iDj M Si ,f if M Si ,fk ifkL
j =1 j 1 N d
5
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
b、基于磁场探测的故障检测方法
励磁绕组
N
探测线圈 磁通波形
包络线
探测线圈 感应电压波形
包络线
微分线圈动测法由英 国学者 Albright 于 1971 年 首先提出，是近年来国 内外广泛采用的方法。 在一定程度上弥补了 单导线微分法处理发电 机负载情况时的局限性 ， 但大多数发电机均未装 设探测线圈，限制了该 方法的应用。
2014年四川某大型水电站的水轮发电机发生了多个 磁极的短路故障。
3
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
a 、传统检测方法
开口变压器法 交流阻抗和功率损耗法 直流阻抗法 空载及短路特性试验法 两极电压平衡实验 绕组分布电压测量…… ——已在现场应用多年，积累了很多经验，但这些方法受 其它因素的干扰很大，而且都不能在实际运行工况下检测， 应用效果往往很不理想。
4
1.转子匝间短路故障的研究现状及评述
b、基于磁场探测的故障检测方法
励磁绕组
N
S
探测导体感应 电动势波形
感应电动势 的微分波形
单导线微分法由我国 哈尔滨大电机研究所于 1972 年 提 出 ， 并 试 验 成 功。 该方法在发电机负载 时会受到电枢反应的影 响，使检测结果失效。 因此单导线微分法不太 适合负载时对励磁绕组 匝间短路的检测。
uC'A'
uA'B' (2)
RT LT
A
uB'C' (4)
RT LT RT LT iB
b2
a1
iA
a2
b1 B
c1
C
iC
c2
(1) 1 2 3
(3) 4 5
(5) 6
考虑环流的定子回路
I.故障的数学模型—基本方程
励磁回路方程