大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法

摘要

大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，涉及电机领域。本发明是为了解决现有大型发电机诊断技术中对于定子换位线棒内部的股线短路故障无法有效定位的问题。本发明首先计算正常与故障线棒的磁场跃变值；之后对股线进行编号；对故障定子换位线棒截取径向截面图；在剩余每一幅径向截面图中标记出与故障股线采样点集合中采样点编号相同的股线；当一幅径向截面图中出现相邻的被标记股线时，则相邻的被标记股线为短路故障股线、且径向截面图所在位置为短路故障股线故障位置。本发明适用于对电机的定子换位线棒进行故障定位。

权利要求

1.大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将正常定子换位线棒端部各采样点处的磁场有效值与故障定子换位线棒端部对应采样点处的磁场有效值作差，获得各采样点处的磁场跃变值，并将所有磁场跃变值构成磁场跃变值集合，

所述采样点均匀分布在换位线棒端部中间段的中线上，且每一根股线表面至少有一个采样点，同一换位线棒上各采样点均赋有不同编号，正常和故障定子换位线棒上采样点的位置相同、且相同位置的采样点编号相同；

步骤二：在磁场跃变值集合中提取故障定子换位线棒两端正、负磁场最大跃变值；

步骤三：将故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值对应的采样点和故障定子换位线棒另一端正、负磁场最大跃变值对应的采样点的交集作为第一采样点集合，将故障定子换位线棒一端负磁场最大跃变值对应的采样点和故障定子换位线棒另一端正、负磁场最大跃变值对应的采样点的交集作为第二采样点集合，将第一采样点集合与第二采样点集合的并集作为故障股线采样点集合；

步骤四：对于故障定子换位线棒中的每一根股线，将距离其股线中心最近的采样点编号作为其股线编号；

步骤五：沿故障定子换位线棒长度方向、每间隔一个换位节距依次截取一幅故障定子换位线棒的径向截面图；

步骤六：去掉定子换位线棒槽部两端第一个节距处的截面图，在剩余每一幅径向截面图中标记出与故障股线采样点集合中采样点编号相同的股线；

步骤七：当一幅径向截面图中出现相邻的被标记股线时，则相邻的被标记股线为短路故障股线、且径向截面图所在位置为短路故障股线故障位置。

2.根据权利要求1所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，故障定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场跃变值P(n)表达式如下：P(n)＝Ps(n)‑Pe(n)，其中，Ps(n)为正常定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场有效值，Pe(n)为故障定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场有效值。

3.根据权利要求1所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，步骤二中，故障定子换位线棒两端正、负磁场最大跃变值分别为：故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值 P1(N)为故障定子换位线棒一端正磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值对应的采样点编号，N为正整数；

故障定子换位线棒一端负磁场最大跃变值 P2(N)为故障定子换位线棒一端负磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒一端负磁场最大跃变值对应的采样点编号；

故障定子换位线棒另一端正磁场最大跃变值 Q1(M)为故障定子换位线棒另一端正磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒另一端正磁场最大跃变值对应的采样点编号，M为正整数；

故障定子换位线棒另一端负磁场最大跃变值 Q2(M)为故障定子换位线棒另一端负磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒另一端负磁场最大跃变值对应的采样点编号。

4.根据权利要求3所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，步骤三中，故障股线采样点集合的表达式K为：

5.根据权利要求1所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，步骤四中，每一根股线的横截面均为矩形，该矩形的几何中心为股线中心。

6.根据权利要求1所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，步骤五中，根据截取顺序依次对每一幅径向截面图进行编号。

7.根据权利要求6所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，根据下式计算故障位置距离股线端部的长度L：L＝Np×Lp

其中，Np为出现相邻被标记股线的径向截面图编号，Lp为换位节距长度。

8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，在步骤一之前首先执行以下步骤：步骤01：将正常定子换位线棒放置到定子铁芯的槽内，对正常定子换位线棒加载工频交流电流，采用单匝空心线圈分别采集正常定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时测量值；将故障定子换位线棒放置到定子铁芯的槽内，对故障定子换位线棒加载工频交流电流，采用单匝空心线圈分别采集故障定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时测量值；

步骤02：将正常和故障定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时测量值均转化为磁场有效值。

9.根据权利要求8所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，其特征在于，根据下式将第n个采样点处的第i个磁场瞬时测量值Bni转化为第n个采样点处的磁场有效值Brmsn：

其中，Ns为一个工频周期内采样点数。

说明书

大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法

技术领域

[0001] 本发明属于电机领域，尤其涉及电机定子换位线棒股线故障定位技术。

背景技术

[0002] 大型发电机是电力系统中的最重要能源装备之一，其安全稳定是系统正常运行的重要保障。定子绕组作为大型发电机的核心，其运行特性直接决定了大型发电机的运行寿
命。作为定子绕组的最小单元，定子换位线棒的质量是保障定子绕组正常运行的前提。随着
对换位技术研究的深入，定子线棒的换位方式日趋多样，定子换位线棒的股线在槽部常需
经过多次扭转来实现换位。因此，在定子换位线棒的制备过程中，股线换位弯处的绝缘极易
损坏，从而造成定子换位线棒的股线短路故障。目前，传统的定子绕组试验方法无法有效的
检测出定子换位线棒的内部股线短路故障，而针对定子换位线棒的股线短路故障定位技术
尚不完善。

发明内容

[0003] 本发明是为了解决现有大型发电机诊断技术中对于定子换位线棒内部的股线短路故障无法有效定位的问题，现提供大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法。

[0004] 大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，包括以下步骤：

[0005] 步骤一：将正常定子换位线棒端部各采样点处的磁场有效值与故障定子换位线棒端部对应采样点处的磁场有效值作差，获得各采样点处的磁场跃变值，并将所有磁场跃变
值构成磁场跃变值集合，

[0006] 所述采样点均匀分布在换位线棒端部中间段的中线上，且每一根股线表面至少有一个采样点，同一换位线棒上各采样点均赋有不同编号，正常和故障定子换位线棒上采样
点的位置相同、且相同位置的采样点编号相同；

[0007] 步骤二：在磁场跃变值集合中提取故障定子换位线棒两端正、负磁场最大跃变值；

[0008] 步骤三：将故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值对应的采样点和故障定子换位线棒另一端正、负磁场最大跃变值对应的采样点的交集作为第一采样点集合，将故障定
子换位线棒一端负磁场最大跃变值对应的采样点和故障定子换位线棒另一端正、负磁场最
大跃变值对应的采样点的交集作为第二采样点集合，将第一采样点集合与第二采样点集合
的并集作为故障股线采样点集合；

[0009] 步骤四：对于故障定子换位线棒中的每一根股线，将距离其股线中心最近的采样点编号作为其股线编号；

[0010] 步骤五：沿故障定子换位线棒长度方向、每间隔一个换位节距依次截取一幅故障定子换位线棒的径向截面图；

[0011] 步骤六：去掉定子换位线棒槽部两端第一个节距处的截面图，在剩余每一幅径向截面图中标记出与故障股线采样点集合中采样点编号相同的股线；

[0012] 步骤七：当一幅径向截面图中出现相邻的被标记股线时，则相邻的被标记股线为短路故障股线、且径向截面图所在位置为短路故障股线故障位置。

[0013] 进一步的，上述故障定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场跃变值P(n)表达式如下：

[0014] P(n)＝Ps(n)‑Pe(n)，

[0015] 其中，Ps(n)为正常定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场有效值，Pe(n)为故障定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场有效值。

[0016] 进一步的，上述步骤二中，故障定子换位线棒两端正、负磁场最大跃变值分别为：

[0017] 故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值 P1(N)为故障定子换位线棒一端正磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值对应的
采样点编号，N为正整数；

[0018] 故障定子换位线棒一端负磁场最大跃变值 P2(N)为故障定子换位线棒一端负磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒一端负磁场最大跃变值对应
的采样点编号；

[0019] 故障定子换位线棒另一端正磁场最大跃变值 Q1(M)为故障定子换位线棒另一端正磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒另一端正磁场最大跃变
值对应的采样点编号，M为正整数；

[0020] 故障定子换位线棒另一端负磁场最大跃变值 Q2(M)为故障定子换位线棒另一端负磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒另一端负磁场最大跃
变值对应的采样点编号。

[0021] 进一步的，上述步骤三中，故障股线采样点集合的表达式K为：

[0022]

[0023] 进一步的，上述步骤四中，每一根股线的横截面均为矩形，该矩形的几何中心为股线中心。

[0024] 进一步的，上述步骤五中，根据截取顺序依次对每一幅径向截面图进行编号。

[0025] 进一步的，上述根据下式计算故障位置距离股线端部的长度L：

[0026] L＝Np×Lp

[0027] 其中，Np为出现相邻被标记股线的径向截面图编号，Lp为换位节距长度。

[0028] 进一步的，在步骤一之前首先执行以下步骤：

[0029] 步骤01：将正常定子换位线棒放置到定子铁芯的槽内，对正常定子换位线棒加载工频交流电流，采用单匝空心线圈分别采集正常定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时
测量值；将故障定子换位线棒放置到定子铁芯的槽内，对故障定子换位线棒加载工频交流
电流，采用单匝空心线圈分别采集故障定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时测量值；

[0030] 步骤02：将正常和故障定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时测量值均转化为磁场有效值。

[0031] 进一步的，根据下式将第n个采样点处的第i个磁场瞬时测量值Bni转化为第n个采样点处的磁场有效值Brmsn：

[0032]

[0033] 其中，Ns为一个工频周期内采样点数。

[0034] 本发明所述的方法通过对定子换位线棒的端部磁场进行测量和计算，使得工程人员快速掌握定子换位线棒的健康状况，并对发生股线短路故障的定子换位线棒进行故障定
位，该方法易于实现，为定子换位线棒的检修和测试提供了一种可靠、快捷且有效的方法。

附图说明

[0035] 图1为待检测定子换位线棒的端部示意图；

[0036] 图2为具体实施方式一中大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法的流程图；

[0037] 图3为多幅径向截面图的示意图。

具体实施方式

[0038] 具体实施方式一：参照图1至3具体说明本实施方式，本实施方式所述的大型发电机定子换位线棒股线短路故障定位方法，首先分别在正常和故障定子换位线棒上设置采样
点。具体的，定子换位线棒的端部是位于定子铁芯槽外部的部分，如图1所示，该部分具有两
个拐点，两拐点之间的直线部分就是换位线棒端部的中间段，沿着该中间段的中线在中间
段外表面画线，该线构成闭合线圈。在该闭合线圈上均匀设置多个带有不同编号的采样点，
且保证每一根股线表面至少有一个采样点，正常和故障定子换位线棒上采样点的位置相
同、且相同位置的采样点编号相同。然后执行以下步骤：

[0039] 步骤一：将正常定子换位线棒放置到定子铁芯的槽内，对正常定子换位线棒加载工频交流电流，采用单匝空心线圈分别采集正常定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时
测量值；将故障定子换位线棒放置到定子铁芯的槽内，对故障定子换位线棒加载工频交流
电流，采用单匝空心线圈分别采集故障定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时测量值。

[0040] 步骤二：将正常和故障定子换位线棒两端各采样点处的磁场瞬时测量值均转化为磁场有效值。以第n个采样点为例，根据下式将第n个采样点处的第i个磁场瞬时测量值Bni转
化为第n个采样点处的磁场有效值Brmsn：

[0041]

[0042] 其中，Ns为一个工频周期内采样点数。

[0043] 步骤三：将正常定子换位线棒端部各采样点处的磁场有效值与故障定子换位线棒端部对应采样点处的磁场有效值作差，获得各采样点处的磁场跃变值，并将所有磁场跃变
值构成磁场跃变值集合。故障定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场跃变值P(n)表达式
如下：

[0044] P(n)＝Ps(n)‑Pe(n)，

[0045] 其中，Ps(n)为正常定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场有效值，Pe(n)为故障定子换位线棒一端第n个采样点处的磁场有效值。

[0046] 步骤四：在磁场跃变值集合中提取故障定子换位线棒两端正、负磁场最大跃变值，所述故障定子换位线棒两端正、负磁场最大跃变值分别为：

[0047] 故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值 P1(N)为故障定子换位线棒一端正磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值对应的
采样点编号，N为正整数；

[0048] 故障定子换位线棒一端负磁场最大跃变值 P2(N)为故障定子换位线棒一端负磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒一端负磁场最大跃变值对应
的采样点编号；

[0049] 故障定子换位线棒另一端正磁场最大跃变值 Q1(M)为故障定子换位线棒另一端正磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒另一端正磁场最大跃变
值对应的采样点编号，M为正整数；

[0050] 故障定子换位线棒另一端负磁场最大跃变值 Q2(M)为故障定子换位线棒另一端负磁场跃变值集合， 为故障定子换位线棒另一端负磁场最大跃
变值对应的采样点编号。

[0051] 步骤五：将故障定子换位线棒一端正磁场最大跃变值对应的采样点和故障定子换位线棒另一端正、负磁场最大跃变值对应的采样点的交集作为第一采样点集合，将故障定
子换位线棒一端负磁场最大跃变值对应的采样点和故障定子换位线棒另一端正、负磁场最
大跃变值对应的采样点的交集作为第二采样点集合，将第一采样点集合与第二采样点集合
的并集作为故障股线采样点集合；故障股线采样点集合的表达式K为：

[0052]

[0053] 步骤六：以采样点所在闭合线圈对故障定子换位线棒进行截取，获得的横截面是由多根股线拼凑而成的，对于每一根股线，其横截面均为矩形，该矩形的几何中心为股线中
心。将位于股线横截面上的采样点与所在股线的股线中心相连，获得二者之间的距离，将距
离其股线中心最近的采样点编号作为其股线编号。

[0054] 步骤七：沿故障定子换位线棒槽内直线段的长度方向、每间隔一个换位节距依次截取一幅故障定子换位线棒的径向截面图，并根据截取顺序依次对每一幅径向截面图进行
编号。由于径向截面图是对故障定子换位线棒的槽内直线段截取获得的，因此故障定子换
位线棒两端面的图像不包含在截取获得的径向截面图中。

[0055] 步骤八：在每一幅径向截面图中标记出与故障股线采样点集合中采样点编号相同的股线。

[0056] 步骤九：当一幅径向截面图中出现相邻的被标记股线时，则相邻的被标记股线为短路故障股线、且径向截面图所在位置为短路故障股线故障位置。为了能够快速的定位股
线故障位置，根据下式计算故障位置距离股线端部的长度L：

[0057] L＝Np×Lp

[0058] 其中，Np为出现相邻被标记股线的径向截面图编号，Lp为换位节距长度。

[0059] 如图3所示，在一个具有N个换位节距的故障定子换位线棒中，依照上述步骤获得股线11和股线38为短路故障股线，在径向截面图中标记出短路故障股线，共有3个径向截面
图出现二者相邻，其中截面1和截面N分别为靠近定子换位线棒槽部两端第一个节距处的截
面，由于端部不换位，所以去掉截面1和截面N，截面Np为定子换位线棒直线段中部的截面，
判定截面Np为发生股线短路故障的节距位置。

[0060] 以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。