CN113391235A - 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法 - Google Patents

一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113391235A
CN113391235A CN202110624205.7A CN202110624205A CN113391235A CN 113391235 A CN113391235 A CN 113391235A CN 202110624205 A CN202110624205 A CN 202110624205A CN 113391235 A CN113391235 A CN 113391235A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor
winding
turn
synchronous generator
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110624205.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113391235B (zh
Inventor
何玉灵
邱名豪
孙晨凯
蒋梦雅
袁兴华
王晓龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN202110624205.7A priority Critical patent/CN113391235B/zh
Publication of CN113391235A publication Critical patent/CN113391235A/zh
Priority to US17/719,695 priority patent/US11722079B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN113391235B publication Critical patent/CN113391235B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/006—Means for protecting the generator by using control
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/346—Testing of armature or field windings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/72—Testing of electric windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/64—Controlling or determining the temperature of the winding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法，该***包括：电动机、同步发电机、电流互感器、采集卡、红外温度传感器、温度采集仪以及控制终端；利用红外温度传感器具有灵敏采集转子绕组温度和非接触式测量的特点，并且动态匝间短路时转子绕组会产生明显温升现象，通过实测转子绕组的温度信号、定子绕组三相电流信号的双重判断标准，来检测同步发电机的转子绕组动态匝间短路故障，并进行故障定位，方法易操作且灵敏度高，故障检测与定位过程高效、可靠，在转子静态匝间短路形成前期即可检测出发生动态匝间短路故障，从而降低电厂故障停机损失，更能满足实际应用需求。

Description

一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法
技术领域
本发明涉及设备状态监测与测试技术领域，更具体的说是涉及一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法。
背景技术
目前，转子匝间短路故障是发电机运行中较为常见的故障，当转子匝间短路故障发生时，由于励磁不足而导致发电机机端电压降低，为维持电网稳定会采用对转子进行增强励磁电流的措施，无功功率也会随之增加；故障发生到一定程度时可能会烧伤轴颈和轴瓦，并存在使大轴磁化的风险，甚至导致发电机出现接地停机故障，给电网稳定及电厂运行带来恶劣的影响。
转子匝间短路又分为转子静态匝间短路和转子动态匝间短路。其中，转子静态匝间短路是指发电机在升速或者稳定状态运行时，会伴随着机组振动，使发电机转子励磁绕组线匝互相摩擦，出现绝缘破损，当线匝破损处接触，即发生转子静态匝间短路。
转子动态匝间短路是指励磁绕组线匝可能会在转子旋转中受离心力的作用，线匝绝缘破损处接触导致匝间短路故障，当转子转速降低、绕组所受离心力减小时，相接触线匝会分开使匝间短路故障消失，致使在停机对转子匝间短路故障检测的时候不易发现动态匝间短路故障；另一种情况是转子绕组随着转子转速或其他振动特性变化，发生的单次的或者周期性匝间短路现象。上述两种情况均属于转子动态匝间短路故障，且该故障属于转子静态匝间短路的初期，故障发生时会伴随较强的短路脉冲，影响机端电压的稳定性，长期存在此故障会发展成为稳定的转子匝间短路故障，损害电厂效益，破坏电网稳定性。然而，现有的发电机转子动态匝间短路故障检测方法检测效率及可靠性均难以满足实际应用需求。
因此，如何提供一种高效、可靠的同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法，通过定子三相电流信号和转子温度信号鉴定并定位同步发电机转子绕组动态匝间短路故障，有效解决了现有方法检测效率及可靠性均难以满足实际应用需求的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***，该***包括：电动机、同步发电机、电流互感器、采集卡、红外温度传感器、温度采集仪以及控制终端；所述电动机通过联轴器与所述同步发电机驱动连接，所述同步发电机的定子绕组三相抽头分别穿过所述电流互感器，所述电流互感器与所述采集卡电连接，所述红外温度传感器对应所述同步发电机的转子绕组设置，所述红外温度传感器与所述温度采集仪电连接，所述采集卡和所述温度采集仪均与所述控制终端电连接；
所述电流互感器实时测量所述同步发电机的定子绕组三相电流信号，并将所述定子绕组三相电流信号通过所述采集卡传输至所述控制终端；
所述红外温度传感器实时测量所述同步发电机的转子绕组温度信号，并将所述转子绕组温度信号通过所述温度采集仪传输至所述控制终端；
所述控制终端将所述定子绕组三相电流信号转换为频谱信号，将所述频谱信号的不同频谱分量分别与定子绕组正常三相电流对应频谱分量进行比对，并将所述转子绕组温度信号与转子绕组正常温度数据样本进行比对，在判定所述定子绕组三相电流信号和所述转子绕组温度信号均存在异常时，输出转子绕组动态匝间短路故障信号，所述控制终端还根据出现异常的所述转子绕组温度信号对应的转子绕组编号，判定转子绕组动态匝间短路故障发生位置。
为了实现故障定位，本发明将红外温度传感器对准转子绕组后，需要根据转子旋转方向对转子绕组进行编号，后期根据异常温度信号所在的转子绕组的编号判断故障发生位置，从而实现高效、准确的故障定位。
进一步地，所述控制终端为PC。PC(Personal Computer，个人计算机)由硬件***和软件***组成，是一种能独立运行，完成特定功能的设备，将其作为本***的控制终端使用，可以实现数据收发、数据分析处理等核心功能。
进一步地，所述定子绕组三相电流信号存在异常的判定依据为：所述定子绕组三相电流信号对应的频谱信号基频和三倍频电流减小，二倍频和四倍频电流增大，且所述定子绕组三相电流信号的时域信号出现明显“尖峰”；
所述转子绕组温度信号存在异常的判定依据为：转子绕组温度升高。
根据上述判定依据，可以利用定子绕组三相电流信号和转子绕组温度信号实现对转子绕组动态匝间短路故障的准确判断和定位。
另一方面，本发明还提供了一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法，该方法包括：
采集同步发电机的定子绕组三相电流信号；
根据转子旋转方向对同步发电机的转子绕组进行编号，并采集同步发电机的转子绕组温度信号；
将所述定子绕组三相电流信号转换为频谱信号，将所述频谱信号的不同频率分量与定子绕组正常三相电流对应频率分量进行对比，并将所述转子绕组温度信号与转子绕组正常温度数据样本进行对比，若所述定子绕组三相电流信号和所述转子绕组温度信号均存在异常，判定所述同步发电机存在转子绕组动态匝间短路故障；
根据存在异常的转子绕组温度信号对应的转子绕组编号，确定转子绕组动态匝间短路故障发生位置。
本发明利用快速傅里叶变换将定子绕组三相电流信号转换为频谱信号，将频谱信号的不同频率分量与定子绕组正常三相电流的时域图及其各倍频成分样本进行比对，通过数据的变化关系，可以快速的确定定子绕组三相电流信号是否出现异常。
进一步地，所述定子绕组三相电流信号存在异常的判定依据为：定子绕组三相电流信号对应的频谱信号基频和三倍频电流减小，二倍频和四倍频电流增大，且所述定子绕组三相电流信号的时域信号出现明显“尖峰”；
所述转子绕组温度信号存在异常的判定依据为：转子绕组温度升高。
进一步地，所述定子绕组正常三相电流对应频率分量和所述转子绕组正常温度数据样本的获取过程，具体包括：
在所述同步发电机处于正常工况下，分别对应测量定子绕组三相电流和转子绕组温度，获得多组定子绕组正常三相电流和转子绕组正常温度数据；
将所述定子绕组正常三相电流转换为频谱信号，并提取一至四倍频电流特征和幅值，得到定子绕组正常三相电流对应频率分量，即定子绕组正常三相电流的时域图及其各倍频成分样本；
对所述转子绕组正常温度数据取平均值，得到转子绕组正常温度数据样本。
本发明中同步发电机处于正常工况下，是指同步发电机组装机调试完毕后且各项指标均趋于正常状态时，此时获得的数据作为标准数据使用。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法，利用红外温度传感器具有灵敏采集转子绕组温度和非接触式测量的特点，并且动态匝间短路时转子绕组会产生明显温升现象，通过实测转子绕组的温度信号、定子绕组三相电流信号的双重判断标准，来检测同步发电机的转子绕组动态匝间短路故障，并进行故障定位，方法易操作且灵敏度高，故障检测与定位过程高效、可靠，在转子静态匝间短路形成前期即可检测出发生动态匝间短路故障，从而降低电厂故障停机损失，更能满足实际应用需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***的结构示意图；
图2为本发明提供的一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法的实现流程示意图；
图3为同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法的实现原理示意图；
图4为根据转子旋转方向对同步发电机的转子绕组进行编号的原理示意图；
图5为同步发电机二维有限元建模模型示意图；
图6为同步发电机转子绕组动态匝间短路有限元仿真的外部耦合电路示意图；
图7为同步发电机转子绕组动态匝间短路有限元仿真的外部耦合电路中短路开关触发电压时序图；
图8为同步发电机转子绕组动态匝间短路下定子绕组电流有限元仿真时域结果示意图；
图9为同步发电机转子绕组动态匝间短路下定子绕组电流有限元仿真频域结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一方面，参见附图1，本发明实施例公开了一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***，该***包括：电动机1、同步发电机2、电流互感器3、采集卡4、红外温度传感器5、温度采集仪6以及控制终端7；电动机1通过联轴器9与同步发电机2驱动连接，同步发电机2的定子绕组三相抽头8分别穿过电流互感器3，本实施例中电流互感器3设有三个，三个电流互感器3均与采集卡4电连接，红外温度传感器5对准同步发电机2的转子绕组设置，红外温度传感器5与温度采集仪6电连接，采集卡4和温度采集仪6均与控制终端7电连接。
电流互感器3实时测量同步发电机2的定子绕组三相电流信号，并将定子绕组三相电流信号通过采集卡4收集并记录保存，之后传输至控制终端7。
红外温度传感器5实时测量同步发电机2的转子绕组温度信号，并连续记录转子旋转整周期时刻该处的温度，即旋转整数圈后该转子绕组的温度，以此类推，可测得每根绕组在不同旋转周期时刻的温度，通过连接温度采集仪6接收红外温度传感器5的温度信号，并将转子绕组温度信号传输至控制终端7。
控制终端7将定子绕组三相电流信号转换为频谱信号，将频谱信号的不同频谱分量分别与定子绕组正常三相电流对应频谱分量进行比对，并将转子绕组温度信号与转子绕组正常温度数据样本进行比对，在判定定子绕组三相电流信号和转子绕组温度信号均存在异常时，输出转子绕组动态匝间短路故障信号，控制终端7还根据出现异常的转子绕组温度信号对应的转子绕组编号，判定转子绕组动态匝间短路故障发生位置。
本实施例中控制终端7为PC，温度采集仪6中的温度信号和采集卡4中的电流信号可以通过连接PC传输到上机位统一进行处理。
具体地，本实施例公开的***中，定子绕组三相电流信号存在异常的判定依据为：定子绕组三相电流信号对应的频谱信号基频和三倍频电流减小，二倍频和四倍频电流增大，且定子绕组三相电流信号的时域信号出现明显“尖峰”；转子绕组温度信号存在异常的判定依据为：转子绕组温度升高。
另一方面，参见附图2和图3，本发明实施例还公开了一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法，该方法包括：
S1：采集同步发电机的定子绕组三相电流信号。
对应上述***，定子绕组三相电流信号通过电流互感器采集得到。
S2：根据转子旋转方向对同步发电机的转子绕组进行编号，并采集同步发电机的转子绕组温度信号。
如图4所示，图中示出了定子10和转子11，将红外温度传感器5对准转子绕组，并对转子绕组依次按照转子旋转方向命名，以第一根转子绕组温度为例，即该绕组测温后旋转整数周期时刻再次测温，可得出旋转整数周期后的转子绕组温度，以此类推，图4中N、S分别代表转子励磁的两极，αr代表短路匝所在两个槽间夹角，α代表定子坐标下的机械角度，β’代表短路匝所在的入槽位置角，g0代表径向气隙长度。将Coil_0-Coil_7按照顺时针顺序依次命名，分别为Coil_0、Coil_1、Coil_2、Coil_3、Coil_4、Coil_5、Coil_6、Coil_7，采用同样的方法对编号以后转子绕组分别进行测温。
S3：将定子绕组三相电流信号转换为频谱信号，将频谱信号的不同频率分量与定子绕组正常三相电流对应频率分量进行对比，并将转子绕组温度信号与转子绕组正常温度数据样本进行对比，若定子绕组三相电流信号和转子绕组温度信号均存在异常，判定同步发电机存在转子绕组动态匝间短路故障。
具体地，本实施例中利用快速傅里叶变换将定子绕组三相电流信号转换为频谱信号。定子绕组三相电流信号存在异常的判定依据为：定子绕组三相电流信号对应的频谱信号基频和三倍频电流减小，二倍频和四倍频电流增大，且定子绕组三相电流信号的时域信号出现明显“尖峰”。转子绕组温度信号存在异常的判定依据为：转子绕组温度升高。
具体地，定子绕组正常三相电流对应频率分量和转子绕组正常温度数据样本的获取过程，具体包括：
在同步发电机组装机调试完毕后且各项指标均趋于正常状态时，利用电流互感器和红外温度传感器分别对应测量定子绕组三相电流和转子绕组温度，可测得多组定子绕组正常三相电流和转子绕组正常温度数据，对定子绕组正常三相电流采用FFT算法变换为频谱信号，提取一至四倍频电流特征和幅值，得到定子绕组正常三相电流的时域图及其各倍频成分样本，对转子绕组正常温度信号取平均值，得到转子绕组正常温度数据样本。
S4：根据存在异常的转子绕组温度信号对应的转子绕组编号，确定转子绕组动态匝间短路故障发生位置。
本发明在现有的转子静态匝间短路的基础上，对动态短路进行理论分析，同步发电机转子绕组动态匝间短路故障下的定子绕组三相电流理论分析过程如下：
本实施例将转子动态短路故障过程等效为在正常定子三相绕组电流上附加一反向的脉冲电流，而静态短路则可等效为在定子绕组正常三相电流上加一反向的阶跃电流信号。据此，正常、静态匝间短路和动态匝间短路下的定子绕组电流表达式可进一步写为：
Figure BDA0003101465340000081
其中，α为定子坐标下的机械角度、t为发电机运行时间、Fn为n次谐波的幅值、n为从1开始的所有奇数、ω为转子转动角速度、p为发电机极对数、l为励磁绕组产生磁感线所切割的电枢绕组长度、v为磁场旋转的线速度、Fdm为短路后产生的m次谐波的幅值、m为所有自然数、Z为单相绕组电抗、T为动态匝间短路周期、h1为由正常转化为短路状态时产生的磁势脉冲、h2为由短路转化为正常状态时产生的磁势脉冲、k为一个动态匝间短路周期中的正常部分占空比。
由上式可看出，动态匝间短路故障下定子绕组的电流主要取决于短路后的气隙磁密和转子转速。由于动态匝间短路的短路程度一般较小，导致转速变化很小，为便于分析，本实施例视为转子转速不变。
对应地，转子动态匝间短路下定子绕组电流与正常状态下相比，在成分上除原有的奇次谐波外，还将新增各偶次谐波；随着动态短路程度的加剧，定子绕组电流的有效值降低；在动态短路周期中，短路和正常两种状态转化的瞬间，电流会出现一无穷大的脉冲信号，但由于理论分析和仿真及实验存在差异性，因此在仿真和实验中该无穷大的脉冲信号会以“尖峰”信号的形式出现，且由上述分析可知，在由正常向短路状态转化的瞬间，会出现一使电流幅值减小的“尖峰”，在短路向正常状态转化的瞬间，则会出现一使电流幅值增大的“尖峰”，且该“尖峰”的绝对值随着动态短路程度的加剧而增加。在电流整体幅值上，动态匝间短路故障下电流的有效值介于正常和静态短路之间。
如图5、图6、图7、图8、图9所示，以同步发电机为对象进行有限元建模，对其进行动、静态匝间短路的有限元计算及实验验证。所建立的有限元计算模型如图5所示。
为使有限元计算过程中发电机动态匝间短路的设置与实验相同，本实施例采用物理模型与外部电路耦合的方式来对故障进行模拟。电机励磁绕组(即转子绕组)的外部耦合电路如图6(a)所示，其中S-A1为短路触发开关，ShortModel1为开关控制模块，通过设置触发电压区间[Von，Voff]并配合脉冲电压源来实现对短路开关的触发控制，电枢绕组(即定子绕组)的外部耦合电路如图6(b)所示，在有限元计算过程中，通过改变外电路中正常绕组LF和短路绕组LFshort的匝数以及对应电阻Rw、Rf的阻值来实现不同短路程度的故障模拟。
动态匝间短路时脉冲时间设置如图7所示，在图7中，Td表示延迟时间，Tr为上升时间，Tf为下降时间、Pw为脉冲宽度、Period为脉冲周期；Von为压控开关的触发电压，当脉冲电压源的电压值大于Von时，开关S_A1动作，即励磁电路发生短路；Voff代表压控开关的截止电压，当脉冲电压源的电压值小于Voff时，开关S_A1断开，即励磁电路正常。通过调节Pw、Period来改变短路部分的占空比和动态短路的频率。通过设置上述参数，生成周期为20ms、短路部分占空比为15％的动态匝间短路的外电路，这与实验中所用设置相同。
通过上述方法对同步发电机进行有限元分析运算，短路前后定子相电流变化的有限元计算结果如图8所示。由图8中可以看出发电机发生转子匝间短路故障后，相电流较正常工况下相比有效值会减小，呈现“压缩”状态。分析图8，可对比Normal(即正常)、S-5和D-5三条曲线，发现在相同程度的动态短路和静态短路工况下，动态短路的电流曲线介于正常和静态短路之间；与正常状态相比，动态匝间短路故障在正常和短路工况互相转化的瞬间，电流会出现一瞬时脉冲，即出现一处“尖峰”，并随着动态匝间短路的程度加剧而增大。
对仿真得出的定子电流结果进行频谱分析，结果如图9所示。分析图9可知，转子动态匝间短路工况下，基波和三次谐波成分幅值较正常相比有所下降，并出现二次和四次谐波；随着动态匝间短路程度的加剧，其基波和三次谐波成分幅值减小，2次和4次谐波成分增大，这一结果与前面的正常、静态匝间短路和动态匝间短路下的定子绕组电流表达式所得到的理论分析结果一致。
综上所述，本发明实施例公开的上述同步发电机转子动态匝间短路故障检测方案，与现有技术相比，具有如下优点：
能够实时测量转子绕组温度、定子绕组三相电流；利用快速傅里叶变换将定子绕组三相电流信号转化为频谱信号，并将频谱信号中的不同频率分量与定子绕组正常三相电流频谱对比，结合定子电流时域图和转子绕组温度信号判断同步发电机是否发生转子绕组动态匝间短路故障；若存在该故障可利用红外温度传感器确定短路位置。本发明提供的方法易操作且灵敏度高，一定程度上在转子静态匝间短路形成前期即可检测出发生动态匝间短路，极大程度上降低了转子短路故障对电厂运行的危害，填补了同步发电机转子绕组动态匝间短路故障诊断的空缺，完善了发电机故障诊断体系。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***，其特征在于，包括：电动机、同步发电机、电流互感器、采集卡、红外温度传感器、温度采集仪以及控制终端；所述电动机与所述同步发电机驱动连接，所述同步发电机的定子绕组三相抽头分别穿过所述电流互感器，所述电流互感器与所述采集卡电连接，所述红外温度传感器对应所述同步发电机的转子绕组设置，所述红外温度传感器与所述温度采集仪电连接，所述采集卡和所述温度采集仪均与所述控制终端电连接；
所述电流互感器实时测量所述同步发电机的定子绕组三相电流信号，并将所述定子绕组三相电流信号通过所述采集卡传输至所述控制终端；
所述红外温度传感器实时测量所述同步发电机的转子绕组温度信号，并将所述转子绕组温度信号通过所述温度采集仪传输至所述控制终端；
所述控制终端将所述定子绕组三相电流信号转换为频谱信号，将所述频谱信号的不同频谱分量分别与定子绕组正常三相电流对应频谱分量进行比对，并将所述转子绕组温度信号与转子绕组正常温度数据样本进行比对，在判定所述定子绕组三相电流信号和所述转子绕组温度信号均存在异常时，输出转子绕组动态匝间短路故障信号，所述控制终端还根据出现异常的所述转子绕组温度信号对应的转子绕组编号，判定转子绕组动态匝间短路故障发生位置。
2.根据权利要求1所述的一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***，其特征在于，所述控制终端为PC。
3.根据权利要求1所述的一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***，其特征在于，所述定子绕组三相电流信号存在异常的判定依据为：所述定子绕组三相电流信号对应的频谱信号基频和三倍频电流减小，二倍频和四倍频电流增大，且所述定子绕组三相电流信号的时域信号出现明显“尖峰”；
所述转子绕组温度信号存在异常的判定依据为：转子绕组温度升高。
4.一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法，其特征在于，包括：
采集同步发电机的定子绕组三相电流信号；
根据转子旋转方向对同步发电机的转子绕组进行编号，并采集同步发电机的转子绕组温度信号；
将所述定子绕组三相电流信号转换为频谱信号，将所述频谱信号的不同频率分量与定子绕组正常三相电流对应频率分量进行对比，并将所述转子绕组温度信号与转子绕组正常温度数据样本进行对比，若所述定子绕组三相电流信号和所述转子绕组温度信号均存在异常，判定所述同步发电机存在转子绕组动态匝间短路故障；
根据存在异常的转子绕组温度信号对应的转子绕组编号，确定转子绕组动态匝间短路故障发生位置。
5.根据权利要求4所述的一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法，其特征在于，所述定子绕组三相电流信号存在异常的判定依据为：定子绕组三相电流信号对应的频谱信号基频和三倍频电流减小，二倍频和四倍频电流增大，且所述定子绕组三相电流信号的时域信号出现明显“尖峰”；
所述转子绕组温度信号存在异常的判定依据为：转子绕组温度升高。
6.根据权利要求4所述的一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测方法，其特征在于，所述定子绕组正常三相电流对应频率分量和所述转子绕组正常温度数据样本的获取过程，具体包括：
在所述同步发电机处于正常工况下，分别对应测量定子绕组三相电流和转子绕组温度，获得多组定子绕组正常三相电流和转子绕组正常温度数据；
将所述定子绕组正常三相电流转换为频谱信号，并提取一至四倍频电流特征和幅值，得到定子绕组正常三相电流对应频率分量；
对所述转子绕组正常温度数据取平均值，得到转子绕组正常温度数据样本。
CN202110624205.7A 2021-06-04 2021-06-04 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法 Active CN113391235B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110624205.7A CN113391235B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法
US17/719,695 US11722079B2 (en) 2021-06-04 2022-04-13 Detection system and method for rotor dynamic turn-to-turn short circuit fault of synchronous generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110624205.7A CN113391235B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113391235A true CN113391235A (zh) 2021-09-14
CN113391235B CN113391235B (zh) 2022-07-19

Family

ID=77618271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110624205.7A Active CN113391235B (zh) 2021-06-04 2021-06-04 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11722079B2 (zh)
CN (1) CN113391235B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115993532A (zh) * 2023-02-28 2023-04-21 南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司 发电机的短路升流特性测试方法及装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113391235B (zh) * 2021-06-04 2022-07-19 华北电力大学（保定） 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法
CN117148147B (zh) * 2023-10-26 2024-03-05 南方电网调峰调频发电有限公司 基于任意转子位置直流衰减法的电机性能参数确定方法

Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0618669A1 (de) * 1993-03-30 1994-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Asychronmaschine mit einem Kurzschlussläufer
CN1869719A (zh) * 2006-06-15 2006-11-29 西安交通大学 基于多判据融合的分布式发电机转子绕组匝间短路在线监测方法
CN101710162A (zh) * 2009-11-27 2010-05-19 华北电力大学（保定） 基于定子铁心振动的电机转子绕组匝间短路故障诊断方法
WO2011006528A1 (en) * 2009-07-13 2011-01-20 Abb Research Ltd Fault detection in a rotating electrical machine
CN102520352A (zh) * 2011-12-02 2012-06-27 中国人民解放军海军工程大学 一种交流无刷发电机故障诊断仪
CN102636751A (zh) * 2012-04-26 2012-08-15 中国人民解放军海军工程大学 基于励磁机励磁电流的交流无刷发电机故障检测方法
CN102998591A (zh) * 2012-12-06 2013-03-27 华北电力大学（保定） 一种发电机转子绕组动态匝间短路故障的定位方法
CN103278728A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 广东电网公司电力科学研究院 发电机转子匝间短路故障诊断方法与***
CN103293437A (zh) * 2012-02-27 2013-09-11 南京南瑞继保电气有限公司 同步发电机转子匝间故障时定子绕组电流特征的提取方法
CN103823150A (zh) * 2013-12-11 2014-05-28 贵州电力试验研究院 基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法
CN104155567A (zh) * 2014-08-30 2014-11-19 华北电力大学（保定） 一种双馈式发电机转子匝间短路故障位置的定位方法
CN106199424A (zh) * 2016-06-29 2016-12-07 湖南工业大学 一种永磁同步电机匝间短路故障诊断方法
CN108169559A (zh) * 2016-12-07 2018-06-15 海南金海浆纸业有限公司 一种电机定子电流谱分析设备异常的判断方法
EP3382863A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-03 ABB Schweiz AG A method for detecting a rotor bar fault
CN109212374A (zh) * 2018-09-14 2019-01-15 中国科学院电工研究所 一种整数槽绕组永磁电机的绕组匝间短路故障检测装置及方法
CN110531266A (zh) * 2019-10-14 2019-12-03 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种同步电机励磁绕组匝间短路故障预警方法
CN111624515A (zh) * 2020-07-06 2020-09-04 华北电力大学（保定） 一种早期同步发电机定子绕组匝间短路检测方法及装置
CN111722145A (zh) * 2020-06-12 2020-09-29 华北电力大学（保定） 一种同步电机励磁绕组匝间短路轻度故障诊断方法
CN112034344A (zh) * 2020-09-09 2020-12-04 北京华科同安监控技术有限公司 水轮发电机转子绕组匝间短路故障实时在线诊断方法
CN212808540U (zh) * 2020-08-19 2021-03-26 润电能源科学技术有限公司 一种基于运行数据的发电机转子匝间短路实时预警装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6183282B2 (ja) * 2014-04-23 2017-08-23 株式会社デンソー 車両用発電機
CN113391235B (zh) * 2021-06-04 2022-07-19 华北电力大学（保定） 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法

Patent Citations (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0618669A1 (de) * 1993-03-30 1994-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Asychronmaschine mit einem Kurzschlussläufer
CN1869719A (zh) * 2006-06-15 2006-11-29 西安交通大学 基于多判据融合的分布式发电机转子绕组匝间短路在线监测方法
WO2011006528A1 (en) * 2009-07-13 2011-01-20 Abb Research Ltd Fault detection in a rotating electrical machine
CN101710162A (zh) * 2009-11-27 2010-05-19 华北电力大学（保定） 基于定子铁心振动的电机转子绕组匝间短路故障诊断方法
CN102520352A (zh) * 2011-12-02 2012-06-27 中国人民解放军海军工程大学 一种交流无刷发电机故障诊断仪
CN103293437A (zh) * 2012-02-27 2013-09-11 南京南瑞继保电气有限公司 同步发电机转子匝间故障时定子绕组电流特征的提取方法
CN102636751A (zh) * 2012-04-26 2012-08-15 中国人民解放军海军工程大学 基于励磁机励磁电流的交流无刷发电机故障检测方法
CN102998591A (zh) * 2012-12-06 2013-03-27 华北电力大学（保定） 一种发电机转子绕组动态匝间短路故障的定位方法
CN103278728A (zh) * 2013-04-27 2013-09-04 广东电网公司电力科学研究院 发电机转子匝间短路故障诊断方法与***
CN103823150A (zh) * 2013-12-11 2014-05-28 贵州电力试验研究院 基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法
CN104155567A (zh) * 2014-08-30 2014-11-19 华北电力大学（保定） 一种双馈式发电机转子匝间短路故障位置的定位方法
CN106199424A (zh) * 2016-06-29 2016-12-07 湖南工业大学 一种永磁同步电机匝间短路故障诊断方法
CN108169559A (zh) * 2016-12-07 2018-06-15 海南金海浆纸业有限公司 一种电机定子电流谱分析设备异常的判断方法
EP3382863A1 (en) * 2017-03-30 2018-10-03 ABB Schweiz AG A method for detecting a rotor bar fault
CN109212374A (zh) * 2018-09-14 2019-01-15 中国科学院电工研究所 一种整数槽绕组永磁电机的绕组匝间短路故障检测装置及方法
CN110531266A (zh) * 2019-10-14 2019-12-03 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种同步电机励磁绕组匝间短路故障预警方法
CN111722145A (zh) * 2020-06-12 2020-09-29 华北电力大学（保定） 一种同步电机励磁绕组匝间短路轻度故障诊断方法
CN111624515A (zh) * 2020-07-06 2020-09-04 华北电力大学（保定） 一种早期同步发电机定子绕组匝间短路检测方法及装置
CN212808540U (zh) * 2020-08-19 2021-03-26 润电能源科学技术有限公司 一种基于运行数据的发电机转子匝间短路实时预警装置
CN112034344A (zh) * 2020-09-09 2020-12-04 北京华科同安监控技术有限公司 水轮发电机转子绕组匝间短路故障实时在线诊断方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. ALWODAI: "Inter-turn short circuit detection based on modulation signal bispectrum analysis of motor current signals", 《2013 19TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON AUTOMATION AND COMPUTING》 *
王坤: "风力发电机的转子绕组匝间短路故障预测研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *
郝亮亮: "转子匝间短路故障对大型汽轮发电机振动的影响机理", 《电力***自动化》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115993532A (zh) * 2023-02-28 2023-04-21 南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司 发电机的短路升流特性测试方法及装置
CN115993532B (zh) * 2023-02-28 2023-07-21 南方电网调峰调频发电有限公司检修试验分公司 发电机的短路升流特性测试方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11722079B2 (en) 2023-08-08
US20220393625A1 (en) 2022-12-08
CN113391235B (zh) 2022-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113391235B (zh) 一种同步发电机转子动态匝间短路故障检测***及方法
Puche-Panadero et al. Improved resolution of the MCSA method via Hilbert transform, enabling the diagnosis of rotor asymmetries at very low slip
US10088506B2 (en) Method for detecting a fault condition in an electrical machine
CN102360054B (zh) 一种大型发电机励磁绕组匝间短路故障程度的诊断方法
CN106199424B (zh) 一种永磁同步电机匝间短路故障诊断方法
Platero et al. Influence of rotor position in FRA response for detection of insulation failures in salient-pole synchronous machines
CN108680858B (zh) 用于监测永磁同步电机转子失磁故障的方法和***
KR20220079876A (ko) 동기식 기계의 결함 검출
CN103823150A (zh) 基于多传感器联合的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法
Rosero et al. On the short-circuiting fault detection in a PMSM by means of stator current transformations
CN101694508B (zh) 一种基于低次谐波轴电压信号的电机转子典型故障诊断方法
CN104764974A (zh) 一种无刷励磁发电机转子绕组匝间短路故障诊断方法
CN102809727A (zh) 一种基于频响分析的发电机转子匝间短路故障检测方法
Yaghobi et al. Analysis of magnetic flux linkage distribution in salient pole synchronous generator with different kinds of inter turn winding faults
Refaat et al. Discrimination of stator winding turn fault and unbalanced supply voltage in permanent magnet synchronous motor using ANN
Choudhary et al. Asynchronous motor modeling in simulink for stator and rotor fault analysis
Kumar et al. Application of empirical wavelet transform for analyzing inter-turn fault in FEM based closed loop speed controlled induction motor
CN113777530B (zh) 内转子式三相无刷励磁机旋转二极管开路故障诊断方法
Hamatwi et al. Development of a Test Rig for Fault Studies on a scaled-down DFIG
Stojičić et al. Monitoring of rotor bar faults in induction generators with full-size inverter
Wu et al. Online diagnosis of broken rotor bar fault of squirrel‐cage induction motor using a magnetic field measuring coil
Bellini Quad demodulation: A time-domain diagnostic method for induction machines
CN113359030A (zh) 基于外部漏磁检测的风力发电机短路故障模拟平台
Liang et al. Fault diagnosis for induction motors using finite element method-A review
Touil et al. Analytical calculation of inductances under stator inter-turn short circuits fault condition in operating squirrel cage induction motors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210914

Assignee: Hebei yunkong Electric Technology Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2023990000970

Denomination of invention: A Dynamic Interturn Short Circuit Fault Detection System and Method for Synchronous Generator Rotors

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20231208

Application publication date: 20210914

Assignee: Baoding Boyun Electric Technology Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2023990000969

Denomination of invention: A Dynamic Interturn Short Circuit Fault Detection System and Method for Synchronous Generator Rotors

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20231208

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210914

Assignee: TIANJIN ZHENGFANG TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980001910

Denomination of invention: A Dynamic Interturn Short Circuit Fault Detection System and Method for Synchronous Generator Rotors

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240202

Application publication date: 20210914

Assignee: Tianjin Huanbo New Material Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980001909

Denomination of invention: A Dynamic Interturn Short Circuit Fault Detection System and Method for Synchronous Generator Rotors

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240202

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210914

Assignee: Hebei Bowei Electric Power Technology Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024990000175

Denomination of invention: A Dynamic Interturn Short Circuit Fault Detection System and Method for Synchronous Generator Rotors

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240422

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210914

Assignee: Hebei Hanling Electric Technology Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980008166

Denomination of invention: A Dynamic Interturn Short Circuit Fault Detection System and Method for Synchronous Generator Rotors

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240626

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210914

Assignee: Hebei Mingrui Electrical Equipment Technology Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980008532

Denomination of invention: A Dynamic Interturn Short Circuit Fault Detection System and Method for Synchronous Generator Rotors

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240628

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20210914

Assignee: Hebei Beiyue Electrical Equipment Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980008939

Denomination of invention: A dynamic inter turn short circuit fault detection system and method for synchronous generator rotor

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240704

Application publication date: 20210914

Assignee: Hebei TengShun Electrical Equipment Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980008867

Denomination of invention: A dynamic inter turn short circuit fault detection system and method for synchronous generator rotor

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240703

Application publication date: 20210914

Assignee: Hebei Guiwan Power Equipment Technology Co.,Ltd.

Assignor: NORTH CHINA ELECTRIC POWER University (BAODING)

Contract record no.: X2024980008759

Denomination of invention: A dynamic inter turn short circuit fault detection system and method for synchronous generator rotor

Granted publication date: 20220719

License type: Common License

Record date: 20240702