劉 攀 趙曉艷 成慧翔 李凱麗

（山西農(nóng)業(yè)大學信息學院，晉中 030800）

1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障研究現(xiàn)狀與危害

1.1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障研究現(xiàn)狀

關于發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的研究，目前主要分為兩個方向，即離線和在線，而且提出了很多解決的方法，其中在線監(jiān)測的方式越來越被學者看中，故目前發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障研究的方向開始偏重在線監(jiān)測。

1.2 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障危害

若發(fā)電機的這種短路故障無法準確靈敏的檢測出來，會給發(fā)電機帶來巨大的損壞，主要危害可分為兩點：第一，由于短路的時候在一點產(chǎn)生大量的熱，會燒壞絕緣層而導致線路接地，若過熱點在線棒，還會變形甚至融化，若這個時候沒有處理，故障會進一步惡化，比如由于過熱導致護環(huán)破壞或者發(fā)生主軸承磁化等嚴重后果，更嚴重的會將轉(zhuǎn)子損壞；第二，當出現(xiàn)短路問題時，會使繞組溫度升高，機組無用功功率輸出降低，同時勵磁電流產(chǎn)生變大的情況。若是一個磁極匝間發(fā)生短路時，會導致電力系統(tǒng)輸出質(zhì)量降低，燒損軸瓦、軸徑，而短路故障會使旋轉(zhuǎn)磁場平衡遭到毀壞，導致發(fā)電機磁場平衡，發(fā)電機組產(chǎn)生劇烈的震動，導致其他保護部件的損傷。

所以進行繞組間短路的檢測研究可以更好地保護發(fā)電機，不造成大規(guī)模的事故。通過檢測和適當?shù)木S護，延長發(fā)電機的使用壽命。

2 電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障原因

電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障常見原因主要有四種：第一，電機運作中快速回旋的轉(zhuǎn)子繞組因離心力的影響而移動變形；第二，制造過程不嚴謹，制作完成后繞組的銅導線呈現(xiàn)出不符合規(guī)定，存在倒刺、毛角；第三，在組裝時轉(zhuǎn)子頂端的繞組沒有很好的加固，在運行過程中墊塊受到震動不牢固；第四，冷卻器故障時，轉(zhuǎn)子電流會增加，會發(fā)生匝間絕緣、對地絕緣的破壞[1]。

除了常見原因，還有部分突發(fā)性的事故會導致電機故障，如匝間絕緣片的移動、轉(zhuǎn)子頂部熱量太高發(fā)生變形、很小的電子顆?；驈U渣誤進轉(zhuǎn)子中的線圈頂端和透風縫隙中會產(chǎn)生短路等。

無論是哪種原因，如果不進行處理，輕則會造成電機轉(zhuǎn)子小面積過熱，重則未造成一點或兩點接地的危險情況出現(xiàn)[2]。

3 電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障診斷方法

3.1 探測線圈法

當前國際上應用于短路問題檢測最多的方式是安裝探測線圈。其基本原理是使用一個“檢測線圈”，如圖1所示。機組縫隙間的旋繞磁場可以通過這個裝置做出感應計算，縫隙磁場會在線圈上產(chǎn)生感應電動勢，然后將感應電動勢做出微分，產(chǎn)生可以觀察的波形，利用對波形的研究，幫助檢測人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機運作時繞組是否出現(xiàn)故障問題，并了解故障問題產(chǎn)生的地點[3]。

圖1 探測線圈安裝示意圖

3.2 定子環(huán)流判別法

該方法是通過觀察偶次諧波電流，監(jiān)測出匝間是否發(fā)生的短路。這種電流的出現(xiàn)是因為機組中每相的繞組都由兩個1/2相繞組合并成，在電力系統(tǒng)運行過程時，轉(zhuǎn)子部分的磁動勢會有相互不對稱的情況，定子繞組里面有諧波電流出現(xiàn)，這種電流的頻率是波形頻率的偶數(shù)倍，而且會出現(xiàn)與轉(zhuǎn)子以同樣速度的回旋環(huán)流[4]。通過定子上安裝線圈，可以持續(xù)檢測環(huán)流，如圖2所示。

3.3 勵磁電流和無功功率判別法

電機發(fā)生短路故障時，會產(chǎn)生去磁的磁場效果，導致磁勢相對減弱，因為相同效果的磁勢會有相反的效果，從而導致繞組匝線發(fā)生短路故障。雖然轉(zhuǎn)子中的電流由于轉(zhuǎn)子匝間短路而增加，可是發(fā)電機的無用功的功率反而對應不變或變小，利用以上故障特征，對機組運作時各項數(shù)值做出記錄，推算出機組運作時特定工作時的勵磁電流，把記錄值和明確值做出對比，就不難判定繞組匝線是否出現(xiàn)故障。

圖2 儒可夫斯基線圈連續(xù)監(jiān)測環(huán)流的示意圖

3.4 其他方法

除了上述詳細討論的三種故障診斷方法，目前電機轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障還有許多其他診斷法。如：測量電壓法、軸電壓特性分析法、基于波形特征的方法，這里不再一一贅述。

4 智能短路故障診斷方法

4.1 智能短路故障診斷基本原理

智能短路故障診斷方法的應用，基于其特殊的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠模仿人的反饋能力，具備自我學習能力，該系統(tǒng)通過自行認知和自我調(diào)節(jié)，并利用各個保護單元相互輸入、輸出相互的“反饋”的特點，達到故障診斷的目的。該系統(tǒng)可以像人類一樣通過訓練和學習，對單元之間自動調(diào)整他們的結合程度，使輸入、輸出可以在網(wǎng)絡上正確映射他們的關系，從而對未知故障進行預測判斷[5]。當前這種概念可以引用的計算方式，稱作BP（Back Propagation）計算，這種方式屬于多前饋型系統(tǒng)。

4.2 智能短路故障診斷特點

4.2.1 具有自我認知的特點

同人們生活日常中對圖片認知原理類似，智能短路故障診斷系統(tǒng)把很多沒有出現(xiàn)過的模板圖形和信息進行處理，然后通過自我認知功能，慢慢掌握類似的圖像處理技術。當發(fā)生未知故障隱患時，系統(tǒng)可以通過對已知故障的對比，預測未知故障信息，從而更靈敏地檢測出故障。所以自我認知功能對于提高檢測故障靈敏度有特別重要的意義。

4.2.2 具有云端存儲功能

智能短路故障系統(tǒng)可以將已知以及后續(xù)自我學習的內(nèi)容進行云端儲存，當再有故障時可以準確發(fā)現(xiàn)。

4.2.3 具有高速計算能力

在日常生活中，如果要得到一個處理復雜問題的最佳解決方案，往往需要一個很大的計算量，從而耗費很多時間。智能短路故障診斷系統(tǒng)可以專門模擬人類思考方法，同時還具備快速計算能力，可以很快的找到解決問題的針對性方法[6]。

5 結語

為了滿足發(fā)電機的正常運行，還需要進行大量的研究，基于智能人工檢測技術會成為以后檢測發(fā)電機繞組匝間短路故障的新趨勢，它可以合并現(xiàn)代的新型技巧，吸取各個監(jiān)測方式的特點，可以實現(xiàn)不同運行狀態(tài)下的準確監(jiān)測。

通過本文的研究，對多種監(jiān)測方式進行了介紹，對這種故障的監(jiān)測方式有了一定的認識，這是一種需要結合實際，運用實際的檢測方法，需要高準確性，高靈敏度的檢測方法，在以后人工智能檢測方法會成為檢測的主流，它的準確，便捷，快速是新時代潮流的體現(xiàn)，也是它能代替其他檢測方法的原因，所以，機組中的短路問題檢測方法的探討是一個漫長，具有發(fā)展前途的過程。