一種新的無刷發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測方法
張超1， 夏立2，王林2
（1海軍工程大學電氣與信息工程學院，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)電機轉(zhuǎn)子匝間短路故障發(fā)生頻率高且難以榆測。以發(fā)電機定子繞組線圈為對象，分析了發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路時，定子繞組并聯(lián)支路內(nèi)的感應電動勢特性，以及由此引起的轉(zhuǎn)子繞組上的諧波特性。將勵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磁機側傳遞的規(guī)律，得到了故障時勵磁機勵磁電流的諧波特征，從而提出了一種基于勵磁機勵磁電流的轉(zhuǎn)子繞組短路故障的檢測方法。運用故障模擬發(fā)電機組進行了動模試驗，試驗驗證了理論分析的正確性和有效性。
關鍵詞：無刷發(fā)電機；轉(zhuǎn)子繞組；匝間短路；故障檢測
中圖分類號：tm 307+l文獻標識碼：a文章編號：1673-6540(2010)04-0063-05
0 引 言
轉(zhuǎn)子繞組匝間短路是發(fā)電機的常見故障，會出現(xiàn)發(fā)電機組振動超標、無功嚴重降低（勵磁屯流超過額定要求）、轉(zhuǎn)子溫度高等異常運行工況，危及發(fā)電機組的安全運行。因此，有必要在故障初期給出預警或檢修方案，以****程度地減小故障損失。目前，對于發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測，有較多的文獻報道。文獻[1]分析了定子繞組內(nèi)環(huán)流的諧波成分，認為定子繞組并聯(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，并試驗驗證了隨著短路情況的嚴重，頻率為30 hz的環(huán)流幾乎成線性增長；文獻[2]認為轉(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，但對于實際運行的發(fā)電機，并聯(lián)支路的接頭在發(fā)電機的機殼內(nèi)，故障特征測試不方便；文獻[3]將轉(zhuǎn)子徑向工頻振動幅值作為轉(zhuǎn)子匝間短路故障的特征量，但是需要對轉(zhuǎn)子安裝侵入式的振動傳感器；文獻[4]分析了轉(zhuǎn)子匝間短路時勵磁電流的諧波特征，但是對無刷發(fā)電機而言，發(fā)電機勵磁電流不可測；文獻[5]應用小波變化對探測線圈法進行改進，采用小波分析法對電勢波形的一階微分信號進行處理，通過發(fā)現(xiàn)信號畸（突）變點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)有及新設計的電機中，極少裝有這種測量線圈，并且．安裝這種線圈需要的停機時間也很長。上述研究的主要缺點是故障特征不可測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。本文針對上述缺點，提出了一種新的轉(zhuǎn)子繞組匝問短路故障識別方法，測試方便，無需安裝侵入式傳感器，適合在線監(jiān)測的要求。
本文將分析轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路故障時，故障特征依次由定子繞組、勵磁繞組、勵磁機電樞繞組到勵磁機勵磁繞組的傳遞規(guī)律，得出故障情況下，勵磁機勵磁電流的故障特征規(guī)律，最后實測了故障模擬發(fā)電機組的試驗數(shù)據(jù)：
1 轉(zhuǎn)子匝間短路時的定子繞組環(huán)流特征
發(fā)電機正常運行時，勵磁繞組產(chǎn)生的磁動勢以轉(zhuǎn)子工頻旋轉(zhuǎn)（以本文試驗用故降模擬發(fā)電機為例，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，極對數(shù)p=2），電棍繞組感應電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢以相同的轉(zhuǎn)速和方向旋轉(zhuǎn)。當發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生匝間短路時，按照文獻的推導假設：短路后繞組對氣隙主磁場的影響相當于反向直流電產(chǎn)生的去磁磁場疊加在正常運行時的氣隙磁場上。反向直流電大小等于正常情況下的勵磁電流大小，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。將坐標原點選存短路線圈的中心線與氣隙網(wǎng)周的交點i．時，對等效的去磁磁動勢進行傅里葉級數(shù)分解，則各個極對數(shù)(h=l，2，3，4…)對應的磁動勢諧波成分都存在。下文將按各極對數(shù)分情況討論。
試驗電機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np=1時，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np=2時，三相繞組的并聯(lián)分支內(nèi)無環(huán)流，每相繞組感應 |
