MATLAB发电机匝间短路故障诊断研究(2)
1.2 研究现状
1.3 本文研究工作
本文的主要工作就是对转子定子匝间短路的故障电流或电压的特征进行分析，对其故障信号进行小波变换等处理方法来判定故障。其中转子根据气隙中感应电势中各种信号及噪声的特性，采出了小波变换和模极大值去噪，高频重构方法来提取对称的故障特征的方法，在MATLAB中进行对故障波形进行处理，验证了基于气隙动测法进行转子匝间短路故障诊断可行。另外发电机定子匝间短路故障对励磁机的励磁电流中会激励出高频谐波，对其故障波形进行分析，可以通过不同的情况下波形的功率谱密度以及小波能量谱中不同频段能量的分布来判定故障信息。
2 发电机转子匝间短路故障诊断
2.1 发电机转子基本结构及转子匝间短路故障原因
汽轮发电机的转速较高，为了减少高速运转的离心力，采用隐极式转子，同时为了增大发电机容量一般选择增加转子长度。转子本体多由高机械强度和导磁性能比较好的合金钢锻成，并和转轴做成整体。
汽轮发电机冷却方式有空冷，水内冷及氢冷，尤其是转子多采用氢冷方式，汽轮发电机的转子为了方便固定励磁绕组往往做成开口槽的形式[6]。一般而言，发电机的绕组线圈彼此相连，两极之间可以在端部进行串联。对于转子发电机匝间短路的故障分类中，静态匝间短路表现为层间绝缘的风道中容易有金属杂物掉落，尺寸上的偏差或毛刺等；动态匝间短路表现为在转子高速运转时，离心力的作用使得绝缘体破坏，窜动导致的匝间短路故障。
2.2 发电机转子匝间短路故障特点
发电机转子匝间短路会因为短路点短路电流增大导致故障点损耗增加，周边的温度会有上升，在区域内发生热膨胀，会使得转子的漏磁场由于热不平衡发生变化。除此之外，也会在机械上引起不平衡反映，使得转子的振动相比正常情况下增加，容易造成转子轴弯曲变形，同时可能使得轴承座等磁化反映。由于短路电流的影响，除了在热和磁方面导致的不平衡之外，还会有其他额外特征出现，比如转子匝间短路可能会让定子绕组的并联支路出现环流，通过环流这一特征也可以成为故障判据[7]。
2.2.1 汽轮发电机磁动势分布特征
对于汽轮发电机的磁动势分布特点，可以通过气隙动测法来进行诊断分析。汽轮发电机气隙均匀，一旦发生匝间短路故障就很容易发现气隙中磁场的变化[8]。因为其空载磁场由转子励磁电流If以及相应励磁磁动势F f建立。这种旋转磁场的磁密度波形类似于正弦波形，主磁通在磁场中和转子绕组以及定子绕组交链。但是漏磁通只和转子相交链，所以不参加能量转换。
转子绕组中的槽漏磁场形成转子的齿谐波，谐波和槽内的线圈匝数正相关，可以用于故障识别。因为发电机正常运行转子磁动势空间分布近似于梯形，当故障发生后就会出现磁动势的缺失，会导致磁动势的波峰数值和平均数值有所下降，可以看成是叠加了退磁的磁势分量。转子绕组是分布式的，所以发生匝间故障也会有对称性故障特征，且以大齿为轴对称[9]。正常情况下转子磁动势的傅里叶展开式只有余弦奇次谐波分量，而匝间短路后，短路磁动势包含了余弦偶次谐波分量[10]。