淺談發電機轉子匝間故障在線監測新方法

鄭雷

摘要：本文主要針對發電機轉子匝間故障監測問題進行分析。闡述了發電機轉子匝間故障監測的目的及意義，對發電機轉子匝間故障原因進行分析，其中就諧波算法問題進行詳細分析。并根據現行主流的諧波算法模式，對其進行了整體的簡化改進。

關鍵詞：轉子匝間故障;在線監測;諧波算法

中圖分類號：TM33 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0212-02

1 發電機轉子匝間故障監測的目的及意義

發電機轉子匝間故障主要是指轉子匝間出現短路故障，其中汽輪發電機出現轉子匝間短路這一電氣故障的比例相對更高。這一故障看似不會直接影響發電機的正常運轉，但從長遠角度看，其作為發電機運行時出現的電氣故障，同樣會使得發電機處于非正常運行狀態，繼而影響發電機運作效率。如果轉子匝間短路不能及時得到解決，也會引起勵磁電流增大，轉子振動異常等較為嚴重的不良后果。因此，每時每刻全面的對發電機轉子匝間故障進行監測能夠有效提高發電機組整體穩定性。

2 發電機轉子匝間故障類型及其原因總結

發電機出現轉子繞組匝間短路故障的類型和原因不盡相同，在這里根據發電機類型不同可以將轉子匝間故障大致分為水輪發電機轉子匝間短路故障以及汽輪發電機轉子匝間短路故障，本文著重分析情況更加普遍的汽輪發電機轉子匝間短路故障。其次，運行時異常導致的短路故障，如發電機運行環境起伏變化，導致轉子繞組在高速運作時受到過多可能會影響繞組位置或硬件質量的動態應力?；蛴捎诓徽_的人為操作，如突然開啟冷態運作狀態，導致的轉子電流激增。

3 發電機轉子匝間故障監測方法現狀分析

我國大型發電機轉子匝間故障監測主要采用離線監測方式，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，這一類離線監測方法在我國近十年來得到了廣泛應用，方法應用經驗豐富，同時監測成本也相對較低。但是這一類離線監測方法，大都需要在發電機在靜態下進行數據收集，對于動態原因引起的轉子匝間運行時短路故障的監測不夠準確全面。近兩年來，我國發電機轉子匝間故障監測一般采用在線監測方式，常見的通過重復脈沖法，布置探測線圈或導體以及機組振動數據分析等方法，進行實時的動態的全面的短路故障監測。

4 發電機轉子匝間故障諧波電流在線監測方法分析

轉子繞組匝間故障時，無論是動態或靜態的故障，其實際上都會出現定子繞組分支電流不協調的出現諧波環流。具體的諧波頻次與發電機的極對數P相關，可以把諧波頻次分為1/P，2/P，3/P等。因此，對各次諧波數據進行分析對比，能夠準確全面的對轉子繞組匝間短路故障進行監測。同時，根據諧波數據細節的變化規律，能夠更加準確的推測和分析引發故障的原因，以方便發電機的日常檢修工作。

4.1 全周波傅氏算法計算各次諧波

發電機運行的轉子繞組周期性穩定狀態波形，可以根據周期規律分為基波和各次諧波。對于即存在非周期狀況又包括周期狀況的波形，可以將其當作數據窗截取延遲后的周期波形。在此理解基礎上，利用運算方式相當細節的全周波傅氏計算法，用傅里葉級數對周期函數進行細節分析。

4.2 帶通濾波算法計算特定諧波

如上文所述，針對部分極對數較多的發電機，采用全周波傅氏計算方法計算諧波會出現新的運算量超標的問題。針對這一情況，可以采用帶通濾波算法對于極對數較多的發電機組進行針對處理。而從全部的諧波分量中選出幾個或一個較為特殊的有進一步監測價值的諧波分量的這一過程就需要用到帶通濾波算法來篩選諧波分量，然后在對剩下的有效諧波分量數據進行進一步計算分析。具體流程圖如圖1所示。

以三峽水輪發電機組為例，首先，利用MATLAB fdatool工具設計帶通濾波器，如圖2所示。

其次，根據設計配置帶通濾波器，同時根據帶通濾波器設計參數及公式，獲取輸入信號從過濾器中經過的瞬時值。最后，根據這一公式得到有用的監測數據值。經過這一計算過程，就能使后續的運算量顯著減少。但是，如果考慮三相電流等復雜機組動態運行狀況，該算法也不夠靈活和準確。

4.3 算法簡化改進

針對以上兩種諧波分量數據算法的明顯短板，可以嘗試通過兩種算法相結合的方式，通過諧波分量特征，排除基波、高頻次諧波以后剩下的各次諧波都是轉子匝間故障的特征量。根據這一認知原則，可以把各次諧波的計算過程轉變為總的能夠準確反映轉子匝間故障特征量的諧波分量數據計算。

5 結語

本文通過重點分析發電機轉子匝間故障在線監測的諧波電流方法，就全周波傅氏算法對1/P，2/P，3/P等各次諧波的計算方式，以及帶通濾波算法濾除不需要的諧波量的計算方式。同時，針對機組較多或極對數較多的發電機組，采用諧波電流方法檢測轉子匝間故障，往往存在運算量過大導致出現DSP超運算負荷的這一風險情況。對諧波算法進行了簡化改進。由于篇幅有限，本文對于諧波算法的相關分析，僅建立在理論層面的數據分析，并沒有結合實際的實驗驗證。期望本文的研究能夠為其他相關實驗類研究課題提供一定的理論參考。

參考文獻

[1]賴劼.發電機轉子絕緣狀態在線監測系統的研究與設計[J].中原工學院學報，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