一種新的無刷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測(cè)方法
張超1， 夏立2，王林2
（1海軍工程大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖北武漢4300332海軍駐武漢701所軍事代表室，湖北武漢430064）
摘要：無刷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障發(fā)生頻率高且難以榆測(cè)。以發(fā)電機(jī)定子繞組線圈為對(duì)象，分析了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路時(shí)，定子繞組并聯(lián)支路內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)特性，以及由此引起的轉(zhuǎn)子繞組上的諧波特性。將勵(lì)磁電流中的特征頻率成分看成諧波源，研究了故障特征向勵(lì)磁機(jī)側(cè)傳遞的規(guī)律，得到了故障時(shí)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的諧波特征，從而提出了一種基于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的轉(zhuǎn)子繞組短路故障的檢測(cè)方法。運(yùn)用故障模擬發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了動(dòng)模試驗(yàn)，試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性和有效性。
關(guān)鍵詞：無刷發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)子繞組；匝間短路；故障檢測(cè)
中圖分類號(hào)：tm 307+l文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：1673-6540(2010)04-0063-05
0 引 言
轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是發(fā)電機(jī)的常見故障，會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)、無功嚴(yán)重降低（勵(lì)磁屯流超過額定要求）、轉(zhuǎn)子溫度高等異常運(yùn)行工況，危及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。因此，有必要在故障初期給出預(yù)警或檢修方案，以****程度地減小故障損失。目前，對(duì)于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測(cè)，有較多的文獻(xiàn)報(bào)道。文獻(xiàn)[1]分析了定子繞組內(nèi)環(huán)流的諧波成分，認(rèn)為定子繞組并聯(lián)支路內(nèi)，奇數(shù)次諧波環(huán)流的出現(xiàn)和增長是轉(zhuǎn)子短路故障的特征，并試驗(yàn)驗(yàn)證了隨著短路情況的嚴(yán)重，頻率為30 hz的環(huán)流幾乎成線性增長；文獻(xiàn)[2]認(rèn)為轉(zhuǎn)子繞組短路故障引起定子繞組并聯(lián)支路二次諧波環(huán)流的增加，且幅值隨短路程度的增加而增加，但對(duì)于實(shí)際運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，并聯(lián)支路的接頭在發(fā)電機(jī)的機(jī)殼內(nèi)，故障特征測(cè)試不方便；文獻(xiàn)[3]將轉(zhuǎn)子徑向工頻振動(dòng)幅值作為轉(zhuǎn)子匝間短路故障的特征量，但是需要對(duì)轉(zhuǎn)子安裝侵入式的振動(dòng)傳感器；文獻(xiàn)[4]分析了轉(zhuǎn)子匝間短路時(shí)勵(lì)磁電流的諧波特征，但是對(duì)無刷發(fā)電機(jī)而言，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不可測(cè)；文獻(xiàn)[5]應(yīng)用小波變化對(duì)探測(cè)線圈法進(jìn)行改進(jìn)，采用小波分析法對(duì)電勢(shì)波形的一階微分信號(hào)進(jìn)行處理，通過發(fā)現(xiàn)信號(hào)畸（突）變點(diǎn)及小波變換幅值極大值處，從而判斷匝間短路故障的存在及故障點(diǎn)的位置；但是，這種方法要求轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以在轉(zhuǎn)f安裝前和半成品時(shí)不能采用，而日從調(diào)研的資料發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)絕大多數(shù)電現(xiàn)有及新設(shè)計(jì)的電機(jī)中，極少裝有這種測(cè)量線圈，并且．安裝這種線圈需要的停機(jī)時(shí)間也很長。上述研究的主要缺點(diǎn)是故障特征不可測(cè)或者需要安裝侵入式的傳感器，給生產(chǎn)廠家和用戶都帶來了不便。本文針對(duì)上述缺點(diǎn)，提出了一種新的轉(zhuǎn)子繞組匝問短路故障識(shí)別方法，測(cè)試方便，無需安裝侵入式傳感器，適合在線監(jiān)測(cè)的要求。
本文將分析轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路故障時(shí)，故障特征依次由定子繞組、勵(lì)磁繞組、勵(lì)磁機(jī)電樞繞組到勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的傳遞規(guī)律，得出故障情況下，勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁電流的故障特征規(guī)律，最后實(shí)測(cè)了故障模擬發(fā)電機(jī)組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：
1 轉(zhuǎn)子匝間短路時(shí)的定子繞組環(huán)流特征
發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)以轉(zhuǎn)子工頻旋轉(zhuǎn)（以本文試驗(yàn)用故降模擬發(fā)電機(jī)為例，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，極對(duì)數(shù)p=2），電棍繞組感應(yīng)電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)以相同的轉(zhuǎn)速和方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，按照文獻(xiàn)的推導(dǎo)假設(shè)：短路后繞組對(duì)氣隙主磁場(chǎng)的影響相當(dāng)于反向直流電產(chǎn)生的去磁磁場(chǎng)疊加在正常運(yùn)行時(shí)的氣隙磁場(chǎng)上。反向直流電大小等于正常情況下的勵(lì)磁電流大小，流過反向電流線圈的跨距和匝數(shù)等于被短路線圈的跨距和匝數(shù)�？紤]到短路發(fā)生位置的任意性，這里的跨距和匝數(shù)可以取不超過2w和轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)的任意值。將坐標(biāo)原點(diǎn)選存短路線圈的中心線與氣隙網(wǎng)周的交點(diǎn)i．時(shí)，對(duì)等效的去磁磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，則各個(gè)極對(duì)數(shù)(h=l，2，3，4…)對(duì)應(yīng)的磁動(dòng)勢(shì)諧波成分都存在。下文將按各極對(duì)數(shù)分情況討論。
試驗(yàn)電機(jī)定子繞組為三相單層繞組，同心式繞法，并聯(lián)支路數(shù)為2。
當(dāng)np=1時(shí)，三相繞組的并聯(lián)分支內(nèi)將產(chǎn)生25 hz的環(huán)流，且每相繞組環(huán)流的相位差為60度電角度；
當(dāng)np=2時(shí)，三相繞組的并聯(lián)分支內(nèi)無環(huán)流，每相繞組感應(yīng) |
