發電機轉子繞組匝間短路故障的在線檢測
陳權濤，楊向宇
(華南理工大學，廣東廣州510640)
摘要：深入分析了小波分析法用于發電機轉子繞組匝間短路故障的檢測原理，并在探測線圈法的基礎上，將小渡變換應用于突變信號的檢測，對非平穩故障信號的故障特征進行提取，以實現對轉子繞組匝間短路故障的檢測及故障點的定位。仿真結果表明，小波分析方法適用于轉子繞組匝間短路故障的在線檢測。
關鍵詞：汽輪發電機；小波變換；匝間短路；故障診斷
中圖分類號：TM311；TM306 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7018(2008)04—0025—03
 0引 言 轉子繞組匝間短路是汽輪發電機較常見的故障，也是影響安全運行的主要原因之一。資料統計表明，輕微的匝間短路并不會影響機組的正常運行，所以經常被忽略。但如果故障繼續發展，將會使轉子電流顯著增加，繞組溫度升高，無功功率下降，軸承振動增加，甚至導致接地故障發生，使轉子磁化，重者還將燒傷軸頸和軸瓦，對機組本身的安全穩定運行構成威脅，因此，對發電機轉子繞組匝間短路故障進行在線檢測具有重要意義。
目前，國內外專家學者已對這一課題進行了大量研究[1-4]。20世紀70年代英國學者Albdght首先提出了探測線圈法；英國學者J．w．Wood提出了回復波檢測法；俄羅斯的B．R．Kaumah提出利用轉子繞組匝問短路時在定子并聯支路中存在環流的現象來檢測匝間短路故障。國內對轉子繞組匝間短路故障的診斷方法主要有開口變壓器法、交流阻抗和功率損耗法、直流電阻法等。這些檢測方法都已應用了多年，并且積累了很多經驗。但是大部分都無法實現在線檢測或者易受到其他因素的干擾，或者不能對故障點進行定位，實際運行結果不理想。到目前為止，國內外在發電機轉子繞組匝間短路在線檢測方面，無論在理論上還是實踐，都沒有實質性的突破，也沒有完全有效的檢測方法和手段。
本文在探測線圈法的基礎上，將小波變換的分析方法用于故障信號的處理。根據故障信號的特點，通過小波變換，提取其模量極大值特征，實現對故障的診斷和故障點的定位，從而實現對發電機轉子繞組匝間短路故障的在線檢測。
1微分探測線圈法
微分探測線圈法[4]的基本原理是將運行中的同步發電機氣隙中的旋轉磁場進行微分，根據微分后的波形分析、診斷轉子繞組是否存在匝間短路故障，并準確顯示故障槽的位置，這種方法在發電機空載和短路狀態下效果較好。
其方法是在定轉子氣隙某處固定一只“微型微分線圈”，微分線圈對氣隙的旋轉磁場采樣并進行微分，再將此微分信號引入示波器，對微分波形進行分析即可判斷有無匝間短路故障及其所在槽的位置。
汽輪發電機氣隙中的旋轉磁場B(t)由空載磁場分量B 0(t)和定子電樞反應磁場分量B a(t)合成，即：  發電機運行時探測線圈上的感應電勢：  氣隙旋轉磁場穿過探測線圈有效面積A的磁通量Φ為該處磁通密度B(t)與A的乘積，即Φ=AB(t)，所以：
h(t)是角頻率為ωn的高頻調幅余弦波，它是轉子本身槽漏磁形成的轉子齒諧波，與轉子槽內有效安匝數成正比。g(t)是包含了電樞反應影響的低頻信號，它可以使電勢波形嚴重扭曲以致難以辨認。影響探測線圈上感應電勢波形的因素很多，包括轉子齒諧波的影響、電樞反應的影響、主磁通的影響、定子漏磁通的影響以及發電機制造的偏差和探測線圈的尺寸及安裝位置的影響等等[5]。
通過分析探測線圈上感應電勢波形，再將此電勢波形信號引入示波器或計算機，通過對波形的觀察、分析，可以判斷是否存在匝間短路。這種方法在發電機空載和短路狀態下效果較好，而在發電機負載運行的情況下，由于受電樞反應等因素的影響，探測線圈上感應電勢波形不規則，形狀比較復雜，很難實現準確診斷。
2小波分析法
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