運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,電機(jī)在發(fā)生定子繞組短路故障時(shí),正確的進(jìn)行故障診斷，及時(shí)采取措施,減小對(duì)設(shè)備損害，對(duì)保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行十分重要。本文提出的匝間短路在線診斷方法為電流分析法。

　　1.電流分析法概述

　　這種方法從著手于時(shí)域分析，尋找出新的判定定子繞組故障的特征參量——三相電流之間的相位差。診斷時(shí),以電流分析法為主,輔以多種特征參量進(jìn)行診斷。

　　2.新的特征參量的提出

　　定子繞組一般均采用在時(shí)間及空間上相差120°的三相對(duì)稱(chēng)分布繞組,這樣設(shè)計(jì)的繞組能使三相對(duì)稱(chēng)電流產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)達(dá)到基本正弦分布的要求。這是因?yàn)? 當(dāng)定子單個(gè)線圈或單個(gè)支路通電時(shí),氣隙磁場(chǎng)的分?jǐn)?shù)次和低次諧波很強(qiáng)。而相繞組通電時(shí),組成相繞組的各個(gè)線圈磁通勢(shì)波形中的分?jǐn)?shù)次和低次諧波相互抵消,使相繞組總磁通勢(shì)的波形主要為基波。

　　當(dāng)電機(jī)處于正常狀態(tài)時(shí),對(duì)稱(chēng)的三相繞組的連接消除了3 倍數(shù)次諧波。電機(jī)定子電流特征頻率表達(dá)式為

　　fs=(6k±1)fk=0，1，1，3…(1)

　　即在對(duì)稱(chēng)的三相繞組中,n=3k次諧波的合成磁勢(shì)等于零, n=6k+1次諧波是正相旋轉(zhuǎn)磁勢(shì),n=6k-1次諧波是反相旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)[2]。但是由于工藝和制造的原因,實(shí)際的電動(dòng)機(jī)繞組不可能完全對(duì)稱(chēng),或是由于電網(wǎng)的因素,導(dǎo)致電流譜圖中會(huì)出現(xiàn)2 次和3次諧波。

　　當(dāng)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路,這種對(duì)稱(chēng)性遭到破壞, 呈現(xiàn)在氣隙磁場(chǎng)中的是較強(qiáng)的空間諧波,定子電流中的是較強(qiáng)的時(shí)間諧波，即高次諧波明顯增強(qiáng)。表現(xiàn)為定子電流的有效值的增大和三相電流的不對(duì)稱(chēng)性。定子電流中的偶次諧波和奇次諧波會(huì)因三相繞組失去對(duì)稱(chēng)性而有所增強(qiáng)。定子繞組的故障勢(shì)必會(huì)引起氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變。

　　電機(jī)發(fā)生定子繞組匝間短路故障時(shí),繞組的自感、互感將發(fā)生變化。電感的大小一般隨短路匝比的增加而降低。故障時(shí)，不能只考慮基波的影響，因?yàn)槔@組分布和氣隙磁場(chǎng)的不對(duì)稱(chēng)會(huì)使高次諧波的作用顯著增強(qiáng)。在故障狀態(tài)下,電感參數(shù)的計(jì)算必須考慮高次諧波的影響。

　　綜上所述,電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí),定子電流中的高次諧波明顯增強(qiáng),繞組的自感、互感發(fā)生變化,從而最終導(dǎo)致三相電流之間的相位差亦發(fā)生變化。因此提出新的判別定子繞組匝間短路故障的特征參量——三相電流之間的相位差。

　　3.故障分析

　　本文采用互相關(guān)分析法測(cè)量定子電流之間的相位差。因?yàn)榛ハ嚓P(guān)函數(shù)能刻劃兩個(gè)樣本信號(hào)之間的相關(guān)或相似程度。它不但提供頻率信息,而且給出兩信號(hào)之間的相位信息。用互相關(guān)函數(shù)測(cè)量電流之間的相位差,測(cè)量精度高,時(shí)間短。但它要求有兩路A/D 同步進(jìn)行信號(hào)采集。

　　正常狀態(tài)下,三相電流相位差在120°左右，但在故障時(shí)，這個(gè)角度會(huì)有所偏離。因此可通過(guò)測(cè)量電機(jī)運(yùn)行時(shí)的三相電流之間的相位差偏離120°的度數(shù)作為特征參量之一來(lái)判別定子繞組故障[3]。

　　繞組匝間短路故障時(shí)：

　　3.1三相電流的對(duì)稱(chēng)性被打破, 故障相電流為最大值，大小與故障位置無(wú)關(guān), 但非故障相電流的大小與故障位置有關(guān)[4];定子三相電流, 隨著故障匝比的增大而增大, 所產(chǎn)生諧波的幅值也隨故障程度的加深而增大。

　　3.2三相功率因數(shù)得對(duì)稱(chēng)性遭到破壞, 它隨著故障位置不同而變化,故障程度的加深，使兩個(gè)非故障相的功率因數(shù)一個(gè)減小，另一個(gè)增大。

　　3.3三相電流之間的相位差隨故障部位變化而變化，不再對(duì)稱(chēng)。如果一相發(fā)生故障,隨著這個(gè)故障的程度的加深，另外兩個(gè)非故障相之間的相位差所偏離120°最大，而且非常明顯。

　　3.4中性點(diǎn)電壓與故障位置有關(guān), 其大小隨著故障匝比的增大而增大。

　　3.5在發(fā)生跨相故障時(shí),所引起的不對(duì)稱(chēng)性將會(huì)更加嚴(yán)重。

　　4.故障分析結(jié)論

　　4.1選取三相電流之間的相位差作為特征參量判定定子繞組故障是可行的, 且它具有與故障狀態(tài)相關(guān)性大、反映靈敏的特點(diǎn)。

　　4.2如果電機(jī)運(yùn)行正常, 不對(duì)稱(chēng)電源電壓也會(huì)造成三相電流之間的相位差偏離120°，但并不十分嚴(yán)重。

　　4.3可以通過(guò)監(jiān)測(cè)三相電流和三相功率因數(shù)的不對(duì)稱(chēng)性、三相電流相位差的偏離120°的大小、中性點(diǎn)電壓等來(lái)判斷電機(jī)定子繞組是否故障;根據(jù)不對(duì)稱(chēng)的程度可以判定故障的大小。

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