一种双重校验的发电机转子匝间短路诊断方法及诊断装置

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种双重校验的发电机转子匝间短路诊断方法及诊断装置。

背景技术

大中型同步发电机是电力系统核心设备之一，其价格昂贵，一旦发生转子匝间短路故障，对发电机安全运行的危害极大。当短路发生时，会导致发电机振动和噪声增大，转子发热量增加，发电机运行效率降低，由此迫使发电机降负荷运行，而短路点的发热则往往会导致短路程度进一步恶化，严重时导致发电机不能正常工作甚至烧毁发电机。

对大中型同步发电机进行转子匝间短路故障在线诊断，一直是一个行业性难题，因为转子发生轻度匝间短路时，故障特征较弱，而发电机运行时各个参数相互关联，这些参数瞬态万变且难以精确预测，加上DCS系统多个数据采集难以准确同步，导致参数一致性较差，诊断结果非常不稳定，极易发生误诊和漏诊。

目前用的较多的发电机转子匝间短路在线诊断系统主要以加装探测线圈法为主，安装实施非常困难且效果并不理想；其它非破坏性在线诊断系统采用的算法包括虚功率法、励磁电流法、振动相关性法等，这些系统在工程实践中运行并不可靠，容易产生误诊和漏诊。

因此，在现有理论基础上，尽量不对发电机进行破坏性加装探测部件的前提下，如何提高发电机转子匝间短路在线诊断系统准确率和可靠性，是一个非常有意义的研究课题。

发明内容

本发明提供一种双重校验的发电机转子匝间短路诊断方法及诊断装置，其主要目的在于解决现有技术存在的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种双重校验的发电机转子匝间短路诊断方法，包括如下步骤：

S1、实时采集发电机DCS系统的电信号和振动信号；

S2、基于采集到的电信号，采用励磁电流法诊断发电机是否发生匝间短路；

S3、基于采集到的电信号和振动信号，采用振动相关性法诊断发电机是否发生匝间短路；

S4、综合对比励磁电流法和振动相关性法的诊断结果，并由此判断发电机是否存在转子匝间短路故障。

进一步，所述电信号包括励磁电流I

进一步，所述步骤S2包括如下子步骤：

S21、在系统部署阶段，收集最近三个月发电机正常运行时的电信号，以励磁电压U

S21、在线运行阶段，将实时采集到的励磁电压U

S23、计算实时采集到的励磁电流I

进一步，在步骤S3中，计算发电机励磁电流I

进一步，当发电机励磁电流I

进一步，相关系数的计算公式为：

式中：ρ表示相关系数，n为样本点总数，X

进一步，在步骤S3中，仅当用两种方法都判定发生了匝间短路，才触发报警；当只有一种方法判定发生了匝间短路时，仅进行预警。

进一步，在步骤S1中，采集完数据后，首先进行初步故障判断，当定子电压U超过额定值的±10％时，或者定子电流I小于设定阈值时，则判断发电机停机或运行异常，不进行后续诊断。

一种双重校验的发电机转子匝间短路诊断装置，包括相连接的数据采集模块、诊断模块和综合处理模块；所述数据采集模块连接于发电机的DCS系统，用于读取DCS系统中的电信号和振动信号；所述诊断模块包括励磁电流诊断模块和振动相关性诊断模块，所述励磁电流诊断模块用于根据采集到的电信号，采用励磁电流法诊断发电机是否发生匝间短路，所述振动相关性诊断模块用于根据采集到的电信号和振动信号，采用振动相关性法诊断发电机是否发生匝间短路；所述综合处理模块用于校验励磁电流诊断模块和振动相关性模块的诊断结果，由此判定是否存在转子匝间短路故障，进而输出经双重校验后的诊断结果。

和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于：

本发明在励磁电流法和振动相关性法的基础上采用双重校验的方式进行发电机转子匝间短路诊断，由此实现在不对发电机进行破坏性加装探测部件的前提下，有效地提高了诊断的准确性和可靠性，降低了误报率，真正有效地解决现有技术中采用单一诊断方法所存在的可靠性不高的问题，能够切实保障机组的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的整体算法流程示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的具体实施方式。

参照图1，一种双重校验的发电机转子匝间短路诊断方法，包括如下步骤：

S1、实时采集发电机DCS系统的电信号和振动信号。具体地，电信号包括励磁电流I

表1DCS数据特征变量

采集完数据后，首先进行初步故障判断，当定子电压U超过额定值的±10％时，或者定子电流I小于设定阈值时，则判断发电机停机或运行异常，不进行后续诊断，否则照样执行后续步骤。

S2、基于采集到的电信号，采用励磁电流法诊断发电机是否发生匝间短路；具体地，该步骤包括如下子步骤：

S21、在系统部署阶段，收集最近三个月发电机正常运行时的电信号，按励磁电流大小排序，均匀分布抽取10000条数据，以励磁电压U

S21、在线运行阶段，将实时采集到的励磁电压U

S23、计算实时采集到的励磁电流和预测得到的励磁电流拟合值的差值百分比(以拟合值为基数)，通过对比差值百分比是否超过设定阈值(默认转子单匝占比)，从而判断是否发生匝间短路，如果差值百分比超过设定阈值，则判定发生了匝间短路。

S3、基于采集到的电信号和振动信号，采用振动相关性法诊断发电机是否发生匝间短路。具体地，依次计算每组最近1000个点的励磁电流和四路振动信号之间的相关系数，得到四个值：前端轴X向相关系数、前端轴Y向相关系数、后端轴X向相关系数、后端轴Y向相关系数，通过判断各相关系数是否超过其设定阈值，从而判断是否发生匝间短路。如果这四个值中的任意一个值超过设定阈值(默认80％)，则判定发生了匝间短路。

更具体来说，本实施例采用Pearson相关系数量化分析励磁电流和四路振动信号之间的相关程度，具体地，Pearson相关系数的计算公式为：

式中：ρ表示相关系数，n为样本点总数，X

S4、综合对比励磁电流法和振动相关性法的诊断结果，并由此判断发电机是否存在转子匝间短路故障。具体地，仅当用两种方法都判定发生了转子匝间短路，才触发报警；当只有一种方法判定发生了转子匝间短路时，仅进行预警，如果两个模块都判定正常，则判定发电机运行正常。

参照图1，本发明还公开了一种双重校验的发电机转子匝间短路诊断装置，包括相连接的数据采集模块、诊断模块和综合处理模块；数据采集模块通过以太网通讯连接于发电机的DCS系统，用于实时采集DCS系统中的电信号和振动信号；诊断模块包括励磁电流诊断模块和振动相关性诊断模块，励磁电流诊断模块用于根据采集到的电信号，采用励磁电流法诊断发电机是否发生匝间短路，振动相关性诊断模块用于根据采集到的电信号和振动信号，采用振动相关性法诊断发电机是否发生匝间短路；综合处理模块用于校验励磁电流诊断模块和振动相关性模块的诊断结果，由此判定是否存在转子匝间短路故障，进而输出经双重校验后的诊断结果。

本发明在励磁电流法和振动相关性法的基础上采用双重校验的方式进行发电机转子匝间短路诊断，由此实现在不对发电机进行破坏性加装探测部件的前提下，有效地提高了诊断的准确性和可靠性，降低了误报率，真正有效地解决现有技术中采用单一诊断方法所存在的可靠性不高的问题，能够切实保障机组的安全稳定运行。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。