一種雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法及系統，本發明專利技術方法包括在雙饋風力發電機離線狀態下檢測目標繞組的三相交流阻抗；基于三相交流阻抗計算目標繞組的阻抗不平衡度；若目標繞組的阻抗不平衡度大于設定值，則判定目標繞組存在匝間短路故障

【技術實現步驟摘要】
一種雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法及系統


[0001]本專利技術涉及風力發電領域的故障診斷技術，具體涉及一種雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法及系統
。

技術介紹

[0002]風電作為重要的綠色能源得到了快速發展，目前已成為我國的主要能源之一
。
但風電通常位于偏遠地區或近海區域，運行環境惡劣，交通不便，運維成本高
。
尤其是海上風電，長期工作于潮濕和鹽霧環境，停機后發電機繞組絕緣容易受潮劣化，過電壓作用下繞組匝間絕緣老化劣化，形成電機絕緣故障，損壞設備，威脅系統安全，并造成大量的經濟損失
。
開展風機絕緣智能化檢測與在線監測，特別是在風機啟動運行前測試電機絕緣，及時掌握電機絕緣健康狀態，對確保風電安全穩定運行具有重要意義
。
[0003]在雙饋風機絕緣故障中，繞組匝間絕緣故障占比較大
。
其主要原因是風機運行環境惡劣，絕緣容易老化損傷，在過電壓沖擊下容易造成匝間短路故障
。
當繞組發生輕微的匝間短路時，發電機可以繼續運行，但短路匝間因電磁感應產生大電流，局部發熱使繞組絕緣迅速劣化，進一步發展可能引發更大范圍的短路故障，甚至造成火災等嚴重事故，因而應重視繞組匝間短路故障的檢測與診斷
。
相對而言，轉子繞組一直處于運行狀態，其匝間短路故障多發
。
雙饋風機的定子繞組不受離心力影響，其匝間短路故障相對較少，但同樣會對電機造成嚴重后果
。
目前針對雙饋發電機的匝間短路故障檢測，有離線和在線兩種檢測診斷方式
。
[0004]其中，離線檢測方法包括：
(1)
直流電阻法
。
測量定子
、
轉子繞組的直流電阻，根據直流電阻的變化來判斷是否存在匝間短路故障
。
由于匝間短路引起的直流電阻變化很小，該方法僅能反映嚴重的
、
大范圍的繞組匝間短路故障，對于早期的幾匝短路情況不靈敏
。(2)
轉子繞組交流阻抗檢測法
。
對轉子繞組施加工頻交流電壓，如果轉子繞組存在匝間短路故障，轉子繞組的等效匝數減小，其交流阻抗也減小，測定交流阻抗可靈敏發現轉子匝間短路故障
。
但由于定子繞組匝間數較少，其交流阻抗對轉子匝間短路故障不敏感，因此定子繞組不做交流阻抗試驗
。(3)
定子繞組的匝間耐壓試驗法
。
分別對三相定子繞組施加高壓脈沖電壓，比較分析各相衰減電壓波形來判斷是否存在匝間短路；由于施加電壓高，測試過程中有可能損害電機絕緣，降低電機的使用壽命；且測試要求高，需要專用的匝間沖擊耐壓試驗儀，現場實施困難
。(4)
定子繞組的阻抗譜測試
。
給定子繞組加載中頻或高頻電壓，測量其輸入阻抗并進行阻抗譜分析，判斷繞組匝間絕緣劣化狀況
。
該方法理論上可行，且在檢測過程中對繞組的絕緣無任何影響
。
但存在與前述方法一樣的問題，這些檢測方法均需要配置笨重的儀器設備且操作復雜，而風電機組通常現場環境惡劣，每臺風電機組是通過風電場管理中心實現集中遠程監控，且風力發電機都是安裝在離地近百米高的機艙內，因而若按照上述方式對發電機進行檢測診斷，則需要測試人員攀爬近百米進機艙，拆開發電機外接電纜以實現檢測，不適用于應用于風電環境
。
[0005]在線檢測方法則通常是利用雙饋電機的匝間短路時三相電流不平衡特性
、
超溫特
征
、
振動信號的異常變化特征以及電氣信號頻域變化特征等實現匝間短路故障診斷，如對于雙饋發電機轉子繞組，由發生匝間短路故障時，轉子基頻振動與二倍頻振動會增大的特性檢測出是否發生匝間短路故障；對于雙饋發電機定子繞組匝間短路，以負序電流等作為故障特征量進行故障診斷
。
在線監測方法實現較復雜，通常需要使用快速傅里葉變換
、
小波變換
、
模糊神經網絡等分析技術，計算量大且不易及時地診斷出故障；另外，由于雙饋發電機的定子繞組直接連接電網，在風場應用中存在電網電壓三相不平衡
、
諧波含量過大或電壓波動或跌落等問題，這都會嚴重影響在線診斷的準確性
。
風電繞組絕緣故障在線監測未能達到實用化要求
。
[0006]目前，市面上有風機停機時遠程測試繞組對地絕緣電阻的裝置
。
在檢定風機停電狀態下，通過測控閉鎖裝置，將
500V
直流電壓加載到繞組上，測量繞組對地絕緣電阻，可有效發現電機整體受潮及貫通性絕緣缺陷；但該方法不能檢測出繞組匝間絕緣缺陷，如匝間短路故障
。
此外，
(1)
其他離線測試方法，測試電壓和測試設備要求高，測試有可能損傷絕緣，且測試設備笨重
、
操作復雜，現場難以實施
。(2)
定子交流阻抗對其匝間短路故障不敏感，且轉子繞組匝間絕緣狀態和轉子位置對定子交流阻抗的測量有影響
。(3)
風機停機后風機的槳葉仍有緩慢轉動，產生的電壓對測試裝置和測試結果有一定影響
。

技術實現思路

[0007]本專利技術要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法及系統，本專利技術旨在實現對種雙饋風力發電機的定子繞組或者轉子繞組實現繞組匝間短路故障的快速
、
準確檢測
。
[0008]為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案為：
[0009]一種雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，包括：
[0010]S101
，在雙饋風力發電機離線狀態下檢測目標繞組的三相交流阻抗，所述目標繞組為定子繞組或轉子繞組；
[0011]S102
，基于三相交流阻抗計算目標繞組的阻抗不平衡度；
[0012]S103
，若目標繞組的阻抗不平衡度大于設定值，則判定目標繞組的阻抗測試結果異常，否則判定目標繞組的阻抗測試結果正常；
[0013]S104
，采用下述兩種方式中的一種來進行匝間短路故障診斷：方式一：若定子繞組的阻抗測試結果正常，則判定定子繞組和轉子繞組均不存在匝間短路故障；若定子繞組阻抗測試結果異常
、
轉子繞組的阻抗測試結果正常，則判定定子繞組存在匝間短路故障；否則，判定轉子繞組存在匝間短路故障，或者定子繞組和轉子繞組均存在匝間短路故障；方式二：若目標繞組的阻抗測試結果正常，則判定目標繞組不存在匝間短路故障；若目標繞組的阻抗測試結果異常，則判定目標繞組存在匝間短路故障
。
[0014]可選地，所述阻抗不平衡度的計算函數表達式為：
[0015][0016]上式中，
Z
max
為三相交流阻抗中的最大值；
Z
min
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【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，其特征在于，包括：
S101
，在雙饋風力發電機離線狀態下檢測目標繞組的三相交流阻抗，所述目標繞組為定子繞組或轉子繞組；
S102
，基于三相交流阻抗計算目標繞組的阻抗不平衡度；
S103
，若目標繞組的阻抗不平衡度大于設定值，則判定目標繞組的阻抗測試結果異常，否則判定目標繞組的阻抗測試結果正常；
S104
，采用下述兩種方式中的一種來進行匝間短路故障診斷：方式一：若定子繞組的阻抗測試結果正常，則判定定子繞組和轉子繞組均不存在匝間短路故障；若定子繞組阻抗測試結果異常
、
轉子繞組的阻抗測試結果正常，則判定定子繞組存在匝間短路故障；否則，判定轉子繞組存在匝間短路故障，或者定子繞組和轉子繞組均存在匝間短路故障；方式二：若目標繞組的阻抗測試結果正常，則判定目標繞組不存在匝間短路故障；若目標繞組的阻抗測試結果異常，則判定目標繞組存在匝間短路故障
。2.
根據權利要求1所述的雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，其特征在于，所述阻抗不平衡度的計算函數表達式為：上式中，
Z
max
為三相交流阻抗中的最大值；
Z
min
為三相交流阻抗中的最小值；
Z
av
為三相交流阻抗的平均值
。3.
根據權利要求1所述的雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，其特征在于，步驟
S101
中雙饋風力發電機離線狀態包括：雙饋風力發電機的機側斷路器處于分閘狀態大于設定時間，雙饋風力發電機的機側電壓小于設定值，且雙饋風力發電機停機超過設定時間
。4.
根據權利要求1所述的雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，其特征在于，步驟
S101
中檢測目標繞組的三相交流阻抗包括：在雙饋風力發電機離線狀態下，首先將目標繞組的接觸器合閘，為目標繞組的
abc
三相端子間加載交流電壓，然后檢測目標繞組的三相交流阻抗，最后斷開目標繞組的
abc
三相端子加載的交流電壓，將目標繞組的接觸器分閘
。5.
根據權利要求4所述的雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，其特征在于，所述為目標繞組的
abc
三相端子間加載交流電壓時，加載的交流電壓不超過
36V
，加載的交流電壓的頻率為
300Hz
以上，且加載的交流電壓采用隔離變壓器以實現加載的交流電壓和風機槳葉緩慢轉動產生的殘壓隔離以防止風機漫轉產生的殘壓對測試系統的影響
。6.
根據權利要求1所述的雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，其特征在于，步驟
S104
之后還包括針對存在匝間短路故障的目標繞組確定匝間短路相：
S201
，針對目標繞組的三相交流阻抗中每一相的交流阻抗，計算該相當前的交流阻抗
、
上一次的交流阻抗之間的相對變化量，若相對變化量超過設定值，則判定該相交流阻抗的狀態為異常；否則，判定該相交流阻抗的狀態為正常；
S202
，根據目標繞組的三相交流阻抗中每一相交流阻抗的狀態確定匝間短路相
。7.
根據權利要求6所述的雙饋風力發電機的繞組匝間短路故障診斷方法，其特征在于，步驟
S201
中計算該相當前的交流...

【專利技術屬性】
技術研發人員：何曙亮，周力行，鄧湖港，李強，
申請(專利權)人：深圳新立圖智能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：