一种发电机转子匝间短路RSO测试方法、装置及系统与流程

一种发电机转子匝间短路rso测试方法、装置及系统
技术领域
1.本发明涉及发电机故障检测领域，特别涉及一种发电机转子绕组匝间检测领域。


背景技术：

2.发电机转子绕组匝间短路是发电机运行过程中一种常见的电器故障，轻微的匝间短路对发电机运行的影响较小，但会导致发电机的励磁电流升高、无功功率相对下降、轴承不平衡震动增加。一旦转子匝间短路的严重程度增加，将会导致转子发生接地故障，使得转子大轴磁化，严重者还将烧伤轴颈和轴瓦，对机组本身的安全稳定运行构成巨大威胁。因此尽早发现转子绕组的匝间短路问题对于保证发电机的安全运行非常重要，对于转子绕组的匝间短路故障，目前主要的诊断方法有直流电阻法、匝间压降法、交流阻抗法、气隙波形法等，但检测效果不好。
3.近年来开始应用的rso试验方法，然而rso试验较为复杂，对操作人员要求较高，要求深刻理解rso试验原理并具备丰富的波形分析经验。传统上rso试验的培训，需要在发电机转子上进行，培训机会难得，并且转子价格昂贵，由操作人员在转子上进行试验，存在造成发电机或仪器损坏的风险。


技术实现要素：

4.本发明解决现有发电机转子匝间短路状态检测技术复杂、需要使用示波器等器材，并且操作难度大、初级操作人员在检测过程中导致发电机或仪器损坏的问题。
5.本发明设计了一种发电机转子匝间短路rso测试方法，所述测试方法包括：
6.发送激励信号的步骤：采用重复频率为1～100khz，其幅值为1～12v的信号作为激励信号，发射至待检测电机的转子绕组的一端；
7.采集信号波形的步骤：采集所述转子绕组两端的波形信号数据，并获得所述激励信号在转子绕组中的传播时间；
8.获得特征波形s的步骤：根据传播时间将所述转子绕组两端的波形信号数据进行整合获得特征波形s；
9.获得判断结果的步骤：根据所述特征波形s，判断待检测的转子绕组是否存在短路情况。
10.上述方法中，所述获得特征波形s的步骤进一步地可以采用下述方法实现：根据传播时间，将所述两个波形信号的起始位置对应，然后将所述两个波形信号数据反向叠加，获得特征波形s。
11.上述方法中，所述获得判断结果的步骤进一步地可以采用下述方法实现：当所述特征波形s存在突起时，则表示待检测电机的转子绕组中存在短路，否则不存在短路。
12.上述方法中，所述激励信号优选为方波或锯齿波，所述激励信号前沿上升时间小于或等于1μs，激励信号输出阻抗为50～550ω。
13.上述方法中，采集所述转子绕组两端的波形信号数据的信号采集频率与激励信号
的发射频率相同。
14.上述方法中，所述传播时间，是指激励信号从待检测转子绕组的一端发射进入至所述待检测转子绕组的另一端输出的时间。
15.上述方法中，还可以进一步包括：根据特征波形s判断待检测转子绕组短路位置的步骤，具体方法为，确定特征波形s中突起位置在整个波形周期内的相对位置，待检测转子绕组按照匝数的相对位置对应的线圈即为待检测转子绕组中出现短路的线圈位置。
16.上述方法中，所述方法在获得特征波形s的步骤之后，进一步增加对获得的特征波形s进行修正的步骤，具体为：将获得的特征波形s与待检测电机的绕组正常状态下的标准特征波形s1进行反向叠加，获得修正后的特征波形s2；在获得判断结果的步骤中，使用该修正后的特征波形s2获得判断结果。
17.本发明所述的上述发电机转子匝间短路rso测试方法是采用计算机软件实现的，因此，与上述方法对应的装置为一种发电机转子匝间短路rso测试装置，其包括如下单元：
18.发送激励信号的单元：用于采用重复频率为1～100khz，其幅值为1～12v的信号作为激励信号，发射至待检测电机的转子绕组的一端；
19.采集信号波形的单元：用于采集所述转子绕组两端的波形信号数据，并获得所述激励信号在转子绕组中的传播时间；
20.获得特征波形s的单元：用于根据传播时间将所述转子绕组两端的波形信号数据进行整合获得特征波形s；
21.获得判断结果的单元：用于根据所述特征波形s，判断待检测的转子绕组是否存在短路情况。
22.本发明还提供一种发电机转子匝间短路rso测试系统，其包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行本发明所述的任意一种发电机转子匝间短路rso测试方法的指令。
23.本发明解决了现有发电机转子匝间短路状态检测技术复杂、需要使用示波器等器材，并且操作难度大、初级操作人员在检测过程中导致发电机或仪器损坏的问题，本发明所述的方法可以采用计算机软件实现，在实际使用时只需要设置好激励波形的参数，然后连接好待检测发电机的转子绕组的两端、实现激励信号发射与采集即可，对操作人员的技术水平要求低，在检测过程中也无需使用示波器，操作简单。
24.具体效果有：
25.1.本发明所述的方法，在向待检测电机的转子绕组发送激励信号的同时、采集激励信号与所述激励信号经过转子绕组之后的反馈信号，依据这两个信号实现转子绕组是否短路的判断，操作简单；
26.2.本发明所述的方法，能够根据获得的特征波形的形状来判断待检测电机转子绕组是否存在短路，并且根据波形可以进一步对短路的严重程度进行判断；该种方法适用范围广，且有进一步开发的空间。
27.3.本发明所述的方法，还包括对短路位置的判断，进一步方便了对转子绕组的检修。
28.4.本发明所述的方法中，还包括对获得的特征波形s进行修正的步骤，即：根据待
检测电机的转子绕组在常态下获得的特征波形对检测获得的特征波形进行修正，进而避免了由于转子绕组的固有特性准在的一些波形畸变影响判断结果的缺陷。
29.本发明所述的方法适用于对各种电机的转子绕组短路状态以及短路位置的检测。
附图说明
30.图1为发电机转子匝间短路rso测试方法流程图。
31.图2为根据转子绕组两端的波形信号，获得激励信号的传播时间的原理示意图。
32.图3为实施例三所述的转子绕组两端的波形以及对应的特征波形。
33.图4为实施例三所述的对图3所述的波形进行调整之后的转子绕组两端的波形以及对应的特征波形。
34.图5为实施例六所述的根据标准特征波形s1对特征波形s进行校正之后，判断发电机转子绕组是否短路、以及短路位置的原理示意图。
具体实施方式
35.实施例一、参照图1说明本实施例。本实施例所述的一种发电机转子匝间短路rso测试方法，所述测试方法包括：
36.发送激励信号的步骤：采用重复频率为1～100khz，其幅值为1～12v的信号作为激励信号，发射至待检测电机的转子绕组的一端；
37.采集信号波形的步骤：采集所述转子绕组两端的波形信号数据，并获得所述激励信号在转子绕组中的传播时间；
38.获得特征波形s的步骤：根据传播时间将所述转子绕组两端的波形信号数据进行整合获得特征波形s；
39.获得判断结果的步骤：根据所述特征波形s，判断待检测的转子绕组是否存在短路情况。
40.在本实施例中，所述激励信号前沿上升时间小于或等于1μs，所述激励信号输出阻抗为50～550ω；该种激励信号更适合实现检测电机绕组的匝间短路情况。
41.所述采集信号波形的步骤中，采集转子绕组两端的波形信号的采样位数为16bit，所述采集信号波形的信号采集周期为100us，所述采集信号波形的输入带宽大于或等于20mhz。
42.本实施例中，通过特征波形判断转子绕组是否存在匝间短路，操作过程只包括连接待检测转子绕组待端的测试线，操作简单，避免初级操作人员在检测过程中导致发电机或仪器损坏的风险。
43.本实施例中，采集信号波形的步骤中，还可以进一步包括对获得的波形进行常规滤波、整形去噪的步骤，进而使得获得的特征波形s更清晰。所述常规滤波、整形去噪的步骤，可以采用硬件电路实现，例如：采用差分放大器即滤波器实现；还可以采用软件实现，例如：采用滤波算法的软件对所述两个波形数据进行滤波、整形去噪，删除干扰数据。
44.实施例二、本实施例是对实施例一所述的一种发电机转子匝间短路rso测试方法的进一步限定，本实施例中，所述获得特征波形s的步骤的具体方法为：
45.根据传播时间，将所述两个波形信号的起始位置对应，然后将将所述两个波形信
号反向叠加，获得特征波形s。
46.实施例三、本实施例是对实施例一所述的一种发电机转子匝间短路rso测试方法的进一步限定，本实施例中，根据获得判断结果的步骤的具体方法为：当所述特征波形s存在突起时，则表示存在短路。
47.当转子绕组绝缘状态正常时，特征波形理论上应当是一条直线，即：转子绕组在激励信号的作用下，两端的波形应当基本一致；而当转子绕组存在匝间短路时，特征波形s就会出现一个完整的畸变，即：转子绕组两端的波形有明显差异，此时，表示转子绕组中存在匝间短路的情况。
48.所述是特征波形s实际表示的转子绕组两端波形的相似程度，当相似程度出现较大差异时(特征波形s产生畸变)，则存在匝间短路。判断相似程度的方法有两种：一种是根据特征波形s的幅值变化程度，另一种是根据两个波形的相似程度的量化参数。下面分别进行详细说明：
49.第一种：根据特征波形s的幅值变化程度来判断，具体为：根据转子绕组激励信号输入端的波形最高幅值的比例设计一个阈值，例如：可以选择该最高幅值的0.4至0.6倍之间的数值作为所述阈值，当特征波形s中出现幅值大于该阈值的情况时，判断特征波形s存在突起，则判定为转子绕组存在匝间短路的情况。
50.在实际应用中，还可以将该阈值设定为不同数值的两个，较小的阈值用来判断是否存在匝间短路，较大的阈值用来判定匝间短路的严重程度，即：幅值越大表示匝间短路的严重程度越高。
51.第二种：根据两个波形的相似程度的量化参数来判断，具体为：
52.将两个波形的相似程度的量化参定义为：相关系数r
xy
，当r
xy
≥10时，两端波形一致性高，r
xy
《8时，两端波形一致性低，进一步，还可以根据该系数来判断匝间短路的引种程度，该相关系数越小、表示两端波形一致性越低、表示匝间短路情况越严重。
53.所述相关系数r
xy
的获得方法为：设转子绕组两端采集的波形信号的脉冲起点、到达点之间的电压幅值序列为x(k)、y(k)，k＝0，1，
…
，n
–
1，且x(k)、y(k)为实数，相关系数r
xy
可按照下列公式计算：
54.1.计算两个序列的标准方差
[0055][0056]
2.计算两个序列的协方差
[0057][0058]
3.计算两个序列的归一化协方差系数
[0059][0060]
4.符合工程需要的相关系数r
xy
[0061][0062]
表1相关系数与发电机转子绕组匝间短路故障的关系(仅供参考)
[0063]
匝间短路故障相关系数r
xy
匝间绝缘状态正常r
xy
≥10可能存在高阻短路10＞r
xy
≥8存在金属性短路8＞r
xy
[0064]
如图3所示的波形情况中，上面为两端的两个波形，下面为特征波形s，该图中的特征波形s与零线偏离较大，该情况对应的相关系数r
xy
为5.50，为严重匝间短路情况，该情况下，为了获得更准确的数据，进一步，通过调整两端中的任意一个波形的数据，一般是通过增加或者减小幅值使得获得的特征波形s与零线交叉点达到尽量多的情况，调整后参见图4所示，该图中通过调整一个波形信号的幅值，使得两个波形的重合度更高(对比图3与图4)，最终结果导致获得的特征波形s也有明显的变化(对比图3和图4)，即：其更平(即：与零点交叉的数量明显增加)，该情况下，依据调整后转子绕组两端波形信号重复上述计算过程获得调整后的相关系数r
xy
为5.54，有所增加，已经接近相关系数的最大值，将该值作为最终判断的依据获得判断结果，即：检测的转子绕组存在严重的匝间短路情况，为金属性短路。
[0065]
实施例四、参照图2说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的一种发电机转子匝间短路rso测试方法的进一步限定，本实施例中，所述传播时间，是指激励信号从待检测转子绕组的一端发射进入至所述待检测转子绕组的另一端输出的时间。
[0066]
所述传播时间，实际就是指激励信号在转子绕组中传播的时间，一般电机转子绕组的典型的传播时间为10～30us。但是，该传播时间实际是由转子的结构参数决定，同一设计型式的发电机，因为制造误差、绕组状态等诸多原因，会导致激励信号在转子绕组中的传播时间有差异，本发明所述的方法中，该传播时间是为了将转子绕组两端检测信号的起始位置对齐，进而获得特征波形s，因此该传播时间的准确性对检测结果十分重要，因此，本实施例中，采用根据数据测试获得传播时间，使得该参数更准确。
[0067]
在实际应用中，可以通过对比采集获得的转子绕组两端信号起始位置的时间来计算，例如：转子绕组的激励信号输入端采集的波形信号的起始位置为时间为t1(参见图2中的“脉冲起始”所指示的位置，转子绕组另一端采集的波形信号的起始位置的时间为t2(参见图2中“脉冲达到”所指示的位置)，则二者的差值t2-t1既可以作为所述的传播时间。
[0068]
实施例五、本实施例是对实施例一所述的一种发电机转子匝间短路rso测试方法的进一步限定，本实施例中，所述测试方法还包括：根据特征波形s判断待检测转子绕组短路位置的步骤，具体方法为，确定特征波形s中突起位置在整个波形周期内的相对位置，待检测转子绕组按照匝数的相对位置对应的线圈即为待检测转子绕组中出现短路的线圈位置。
[0069]
例如：特征波s中突起的时间位置位于整个波形周期的1/3位置，则对应待检测转子绕组中、从激励信号输入端为起始端的1/3匝数位置的线圈存在匝间短路。
[0070]
实施例六、参照图5说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的一种发电机转子匝间短路rso测试方法的进一步限定，本实施例中，所述方法在获得特征波形s的步骤之后，增加对获得的特征波形s进行修正的步骤，具体为：将获得的特征波形s与待检测电机的绕组正常状态下的标准特征波形s1进行反向叠加，获得修正后的特征波形s2；在获得判断结果的步骤中，使用该修正后的特征波形s2获得判断结果。
[0071]
实施例七：参照图4说明本实施例。本实施例是对实施例一所述的一种发电机转子
匝间短路rso测试方法的进一步限定，本实施例中，进一步增加对获得的特征波形s进行修正的步骤，具体为：将获得的特征波形s与待检测电机的绕组正常状态下的标准特征波形s1进行反向叠加，获得修正后的特征波形s2；在获得判断结果的步骤中，使用该修正后的特征波形s2获得判断结果。
[0072]
理论上，电机的转子绕组在正常情况下，采用本发明的方法获得的特征波形为一条直线，但是，在实际情况中，由于电机制作工艺问题会导致转子绕组存在结构不对称、制造误差等原因，在没有短路的情况下，其特征波形也不是完全平直的，特别是在特征波形的前段，可能会有数个畸变波形，其阈值可达0.1v左右。这些畸变波形可视作该转子绕组所固有的畸变，虽然其峰值不足以判定为短路，但如果不能识别出这些固有畸变，则会造成测试时的困扰。
[0073]
另外，在实际情况中，电机在维护过程中，也会对转子绕组的结构产生影响，也会导致转子绕组在没有短路情况下的特征波形不是完全平直的，因此也会影响判断结果。
[0074]
鉴于上述两种情况，本实施例增加了“对获得的特征波形s进行修正的步骤”，该步骤中所述的待检测电机的绕组正常状态下的标准特征波形s1，根据实际情况不用可以通过下述两种方式获得：
[0075]
方式一：针对新电机，在使用之前采用本发明所述方法对电机的转子绕组进行检测获得特征波形作为“标准特征波形s1”并存储，当对该电机进行检测时，采用该标准特征波形s1对检测过程中获得的特征波形s进行修正，能够有效的消除由于转子绕组的固有特性而存在的固有畸变，进而更准确的反应转子绕组的绝缘状态变化，更准确的获得转子绕组是否存在匝间短路的情况则。
[0076]
方式二：针对已经被检修过的电机，每次检修之后，对电机的转子绕组采用本发明所述的方法进行检测，获得特征波形作为下一次检测的“标准特征波形s1”，在下一次对该电机进行检修时对特征波形进行修正。例如，某台发电机在两次大修中都进行了rso试验，将第大修的实验数据作为基准，则第二次大修的波形就是相对第一次大修之后的转子绕组的新产生的畸变，用该畸变判断匝间短路状况将更准确。
[0077]
如图5所示，最上面的波形为在电机正常情况下获得的标准特征波形s1，下面波形是电机的转子绕组存在第四槽短路情况下获得的特征波形s，将该特征波形采用上面的标准特征波形s1进行修正之后获得下方倒数第二条曲线的修正后的特征波形s2，显然，该曲线能够更准确的体现出短路情况以及短路位置，与上面未修正的特征波形相比较，明显消除了波形前端的绕组固有畸变，能够更准确的获得判断结果、并且有效避免误判情况的产生。
[0078]
进一步，图5中，上面第三条曲线为转子绕组第8槽短情况下获得的特征波形，将该特征波形采用上面的标准特征波形s1进行修正之后获得最下方的曲线的特征波形s1，显然，该曲线能够更准确的体现出短路情况以及短路位置，与上面未修正的特征波形相比较，明显消除了波形前端的绕组固有畸变，能够更准确的获得判断结果、并且有效避免误判情况的产生。
[0079]
本实施例中，在测试转子绕组状态的长期变化趋势时，可以使用基准波形功能消除固有畸变，能够更准确的判断是否存在匝间短路的情况、以及获得匝间短路的位置，避免误判。
[0080]
实施例八、一种发电机转子匝间短路rso测试装置，其包括：一个或多个处理器；存储器；以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上述实施例任一项所述的一种发电机转子匝间短路rso测试方法的指令。
[0081]
上述各实施例仅仅是对本发明所要求保护的发电机转子匝间短路rso测试方法的举例说明，并不限定本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以针对上述实施例所公开的方案做出若干改进，若这些改进属于本发明权利要求及其等同技术的范围，则也属于本发明的保护范围之内。