[发明专利]同步发电机定子铁心与穿心螺杆短路故障的监测方法

说明书

本发明公开了一种同步发电机定子铁心与穿心螺杆短路故障的监测方法，将同步发电机定子铁心穿心螺杆经串联的高阻值电阻和采样电阻接地，在线采集采样电阻两端的电压瞬时值，将该电压瞬时值与故障判定阈值相比较，当其超出故障判定阈值时，判定该同步发电机的穿心螺杆与定子铁心发生短路故障。本发明可以解决现有技术的不足，提高此类故障的诊断水平。

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，尤其是一种同步发电机定子铁心与穿心螺杆短路故障的监测方法。

背景技术

同步发电机的定子铁心采用硅钢冲片叠装而成，为了防止铁心冲片在运行中发生位移和振动切割定子绕组绝缘，需要借助穿心螺杆向铁心冲片施加轴向压力，使铁心冲片紧固。为防止铁心冲片短路引起局部涡流或环流造成过热损坏，在穿心螺杆与冲片之间设置了绝缘材料，见图1。

为了避免穿心螺杆在铁心端部通过压圈等结构短路，穿心螺杆的端部设置了绝缘垫，这样，同步发电机的全部穿心螺杆形成了空间圆柱体分布的全绝缘结构，见图2。

穿心螺杆的上述结构在一定程度上能减少穿心螺杆与定子铁心间发生短路的几率，但发电机运行过程中穿心螺杆的涡流损耗引起的温升可能导致绝缘层的快速老化和性能下降，引发短路故障，此外，铁心松动造成部分冲片切割穿心螺杆与定子铁心间的绝缘层也是短路的重要诱因。在同步发电机的定子铁心短路故障中，穿心螺杆与定子铁心间的短路故障占了比较大的比例。以某汽轮发电机为例，其定子铁心共有5处损坏，其中三处铁心损坏均是穿心螺杆与铁心短路引起的，还有一处大面积损坏的诱因也是穿心螺杆与定子铁心短路。

同步发电机正常运行时，穿心螺杆处于“悬浮”的全绝缘状态，即使定子铁心中的一片与穿心螺杆发生短路，由于未形成回路，也不产生环流，仅使得短路点的涡流略有增加，但若短路点面积较大包含多片铁心，则短路点将产生较大的涡流，促使故障点扩大化，见图3。若多处穿心螺杆与定子铁心间的绝缘失效，则在穿心螺杆、定子铁心、背部定位筋之间形成了闭合回路。穿心螺杆位于主磁场中，发电机运行时有较大的感应电压，将在闭合回路产生较大的环流，造成短路点的快速扩大化，见图4。近年来已经发生了多起穿心螺杆与定子铁心的短路事故，开发穿心螺杆与定子铁心短路故障的在线监测方法是避免铁心发生大面积融化的有效措施，对于降低故障损失具有重要的意义。

同步发电机处于完全封闭的状态，已有技术还无法在线监测穿心螺杆与定子铁心间的短路故障，只能在制造阶段或大修期分别测量穿心螺杆和定子铁心的绝缘状态。其中，穿心螺杆的绝缘状态是通过测量穿心螺杆的绝缘电阻实现的，例如某水轮发电机大修期间进行穿心螺杆的绝缘测量时发现：绝缘值不达标有105根，其中82根绝缘值在0.5MΩ以下，有11根绝缘值已经为零。对定子铁心短路故障的检测方法有两种，即：铁损试验法和ELCID。铁损试验法是一种传统的定子铁心短路故障检测方法，该方法在发电机抽出转子后进行，在定子铁心上缠绕大功率绝缘导线，并向导线中注入交流电流，产生的交变磁场沿整个定子铁心闭合，磁场的周期性交变在铁心上产生发热损耗，当定子铁心存在片间短路故障时，短路处的涡流损耗更大，发热量更高，用红外测温仪观察发电机内部的温度即可找到短路点。该方法只能观测到物体表面的温度分布状况，对定子铁心与穿心螺杆间的短路故障则无法有效反映出来。此外，试验设备电压、电流大，造价昂贵，还可能因试验导致故障进一步恶化。ELCID法利用便携式设备在发电机定子铁心相邻尺槽间产生交变的局部磁场，若定子铁心存在片间短路，将产生局部故障涡流，该电流将被Chattock线圈检测到。此方法已被国际电力行业广泛地采用，然而，该方法也有明显的缺点，即只能发现定子齿槽部位的短路故障，对于穿心螺杆与定子铁心之间的短路故障不能灵敏反应。

综上所述，目前仅有单独诊断穿心螺杆绝缘状态和定子铁心短路故障的检测方法，且均属于离线检测方式，无法及时发现故障，可能导致故障恶化。其中铁损试验法和ELCID法均无法发现位于定子铁心深处的穿心螺杆与定子铁心间的短路故障，而穿心螺杆与定子铁心间的短路故障恰恰是发生率最高、破坏性最强的定子铁心故障类型，因此，开发在线的、高灵敏度的穿心螺杆与定子铁心短路故障的检测方法十分必要。

发明内容