发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置的制作方法

本实用新型涉及发电机转子状态诊断领域，具体涉及一种发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置。

背景技术：

大型汽轮发电机是发电厂最重要的电气设备之一，而转子匝间短路故障是影响发电机正常运行的主要原因之一。早期轻微的匝间短路故障可能只会引起局部过热，如果不能及时发现，任故障继续发展，容易造成短路点绝缘烧损接地、绕组过热变形甚至进一步发展造成转子烧损事故，给电厂带来巨大的经济损失。因此，准确诊断转子绕组匝间短路故障具有重要意义。

重复脉冲法(repetitivesurgeoscilloscope，rso)是一种能够发现并定位转子绕组匝间短路故障的有效技术手段，灵敏度高，可以在转子匝间短路的萌芽期检测出绝缘薄弱的位置，有效预防匝间短路故障的发展。其主要原理基于传输线理论，在转子绕组的两端或者轮换输入一个脉冲信号，这时两端会捕捉到输入信号与反射信号叠加产生的响应波形，通过比较两端产生的响应波形相减得到的特征波形来判断转子绕组中是否存在匝间短路现象以及故障严重程度。特征波形存在突起表明了匝间存在异常，依据突起的幅值大小可以评估短路故障的严重程度，同时根据突起的位置可以定位出故障点。

匝间短路可能会出现在转子的任何部位，同时短路故障可能是单匝短路，也可能是复杂的多匝短路，所以有必要进行故障严重程度的评估以及定位。由于不同位置或者不同故障类型的匝间短路反应在特征波形上突起的位置或幅值会不同，利用这个原理就可以开展转子绕组绝缘状态的评估，对发电厂安全稳定运行有重要意义。

然而，现阶段在进行rso试验实操演练或者技能比武时，一般使用的是真正的转子，学员往往只能针对单一的情况进行分析，无法提升故障分析判断能力；如果破坏转子绕组绝缘对发电机转子进行短路模拟试验，会造成发电机转子绕组实际短路损坏，维修费用高昂，得不偿失。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种适用于rso试验实操演练或者技能比武中，能够模拟发电机转子的各种匝间短路故障的装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置，包括：

虚拟转子箱，所述虚拟转子箱中设置有若干个用于对应模拟发电机转子的各匝的模拟单元、分别由各个所述模拟单元的两端引出的一对抽头；

控制箱，所述控制箱中设置有若干条用于短路所述模拟单元的短路单元，各所述短路单元的两端形成电性连接端；

若干对引线，所述引线用于对应连接需短路的所述模拟单元和所述短路单元。

各个所述模拟单元串联，相邻的两个所述串联单元之间共用一个所述抽头。

所述模拟单元的等效电路包括等效电阻、等效电感、等效电容、等效电导和若干段传输线，所述等效电感的第一端构成所述等效电路的一个端口，所述等效电阻的第一端与所述等效电感的第二端串联，所述等效电阻的第二端构成所述等效电路的另一个端口，所述等效电容、所述等效电导均连接在所述等效电阻的第二端与地之间。

所述短路单元包括串联的开关和可变电阻器。

所述开关为空气开关。

所述发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置还包括用于连接所述抽头并向所述模拟单元中注入测试脉冲信号的rso测试线。

所述发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置还包括用于接收所述模拟单元两端响应波形的接收装置。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型能够在不损伤发电机转子的情况下实现匝与匝之间的短路模拟，可以在进行rso试验实操演练或者技能比武时，减少不必要的停机和破坏造成的经济损失。

附图说明

附图1为本实用新型的发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置的等效电路图。

附图2为本实用新型的发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置的结构示意图。

以上附图中：100、虚拟转子箱；101、等效电感；102、等效电阻；103、等效电容；104、等效电导；105、传输线；106、抽头；200、控制箱；201、引线；202、空气开关；203、可变电阻器。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述。

实施例一：如附图1和附图2所示，一种发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置，包括虚拟转子箱100、控制箱200和若干对引线201。

虚拟转子箱100用来模拟实际发电机转子，在虚拟转子箱100内根据发电机转子绕组分布参数等效电路，设置若干个用于对应模拟发电机转子的各匝的模拟单元，并设置分别由各个模拟单元的两端引出的一对抽头106。抽头106数量大于模拟的实际发电机转子绕组总匝数的数量。各个模拟单元串联，相邻的两个串联单元之间共用一个抽头106，即第n个模拟单元的第二个抽头106与第n+1个模拟单元的第一个抽头106合二为一。

模拟单元的等效电路包括等效电阻102、等效电感101、等效电容103、等效电导104和若干段传输线105，等效电感101的第一端构成等效电路的一个端口，等效电阻102的第一端与等效电感101的第二端串联，等效电阻102的第二端构成等效电路的另一个端口，等效电容103、等效电导104均连接在等效电阻102的第二端与地之间。需要保证等效两极元件参数有较高的一致性。

控制箱200用于配合虚拟转子箱100来模拟出现匝间短路故障的转子，控制箱200中设置有若干条用于短路模拟单元的短路单元，各短路单元的两端形成电性连接端。短路单元包括串联的开关和可变电阻器203，开关采用空气开关202。成对空气开关202和可变电阻器203数量小于或等于抽头106数量。

引线201用于对应连接需短路的模拟单元和短路单元，即成对的引线201的一端与要模拟短路的模拟单元两端的抽头106电性连接，成对的引线201的另一端与短路单元的两端电性连接。通常成对引线201的数量与成对空气开关202和可变电阻器203的数量相等。

该发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置还可以包括用于连接抽头106并向模拟单元中注入测试脉冲信号的rso测试线、用于接收模拟单元两端响应波形的接收装置。

本实施例中，在虚拟转子箱100内共设置496个元器件来模拟实际转子，每一匝中间引出了抽头106，在虚拟转子箱100中将抽头106引出后，通过成对的引线201与控制箱200电性相连，可使用控制箱200来模拟正常的转子以及多种短路故障，并使用rso的试验方法对模拟转子进行检测分析。其测试原理是在第一槽第一匝的抽头106与第十六槽第八匝的抽头106两端加上rso测试线，注入锯齿脉冲波。在没有匝间短路的转子中，没有反射波，得到的特征波形是一条直线。在存在匝间短路的转子中，当脉冲波在绕组中传播到故障点时会由于阻抗不连续而产生反射波和折射波，导致绕组两端接受到的响应波形不一致，反应在特征波形上则会出现波峰或者波谷。波峰或者波谷的幅值代表了故障的严重程度，同时不同槽不同匝的短路反应在特征曲线上波峰或波谷的位置也不一样，利用这个原理，可以判断分析出具体的故障点。

在控制箱200内共设置空气开关202二十个，可变电阻器203二十个，二十对空气开关202和可变电阻器203分别呈二十行设置，通过调节开关闭合与阻值大小可以模拟多种故障类型。

下面对本实用新型提供的发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置可以具备的功能进行举例说明：

（1）正常转子：将一对抽头106通过一对引线201与控制箱200内的空气开关202与可变电阻器203电性连接，同时断开空气开关202。

（2）单匝金属性短路：将一对抽头106通过一对引线201与控制箱200内的空气开关202与可变电阻器203电性连接，同时闭合空气开关202，并调节可变电阻器203使其阻值为0ω。

（3）单匝低阻短路：将一对抽头106通过一对引线201与控制箱200内的空气开关202与可变电阻器203203电性连接，同时闭合空气开关202，并调节可变电阻器203使其阻值为0.1ω-1ω。

（4）单匝高阻短路：将一对抽头106通过一对引线201与控制箱200内的空气开关202与可变电阻器203电性连接，同时闭合空气开关202，并调节可变电阻器203使其阻值为1ω-10ω。

（5）多匝金属性短路：将多对抽头106通过多对引线201与控制箱200内的空气开关202与可变电阻器203电性连接，同时闭合多组空气开关202，并调节相对应的可变电阻器203使其阻值为0.1ω-1ω。

（6）多匝高阻短路：将多对抽头106通过多对引线201与控制箱200内的空气开关202与可变电阻器203电性连接，同时闭合多组空气开关202，并调节相对应的可变电阻器203203使其阻值为1ω-10ω。

值得说明的是，本装置可以模拟的短路类型不仅限于以上列出的六种，还可以模拟复杂的多匝金属性短路或多匝高阻短路等故障类型。

一般来说，本实用新型提出的一种分布电路式发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置能够用于研究、技能培训和技术比武等场合。由于通过操作空气开关202和可变电阻器203可以模拟发电机转子的多种故障状态，模拟不同的故障多达上万余种，考官可以在控制箱200内操作空气开关202的通断以及调节可变电阻器203的阻值，而学员由于控制箱200的阻挡无法看到，只能通过rso的手段来判断分析转子匝间是否存在短路现象并定位故障点，达到了技术比武并提高分析判断能力的作用。

综上可以看出，本实用新型提供的分布参数电路式发电机转子绕组匝间短路故障模拟装置，根据发电机转子绕组的分布参数等效模型，将电容、电阻等电子元器件放置于虚拟转子箱100内，模拟实际发电机转子绕组，同时对每一匝加装模拟短路抽头106，通过成对引线201与控制箱200相连接，可以实现对转子绕组匝间短路故障的模拟，帮助技术人员准确判断转子绕组匝间短路的故障类型，还可用于rso试验诊断转子匝间绝缘短路严重程度的研究和技术培训工作，从而有效解决了利用真正的发电机转子进行匝间短路模拟试验导致绝缘损伤，增加了维修成本的问题，也可以模拟多种匝间短路故障来供学员分析判断，从而达到提高实操技能的效果。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

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