近年来中国可再生能源发展迅速，水力发电由于具有管理运行灵活和技术成熟等优势在可再生能源中占有重要地位，水轮发电机的装机容量和发电量逐年增加。大型水轮发电机结构复杂，且兼顾发电及电网调峰任务，运行负担较重，机组故障率呈上升态势。水轮发电机的励磁绕组长期伴随转子高速旋转，容易发生匝间短路故障。励磁绕组匝间短路初期故障特征不明显，如不及时处理故障可能会引发转子接地等更严重的故障，影响水轮发电机安全稳定运行。对于水轮发电机励磁绕组匝问短路故障目前缺少有效的在线监测方法，因此深入研究励磁绕组匝间短路的故障特征，提出准确性高的识别方法，对水轮发电机组具有重要意义。
　　本文对水轮发电机励磁绕组匝间短路故障的励磁电流、温度场、热应力等特征进行详细研究，结合电气量分析研究水轮发电机匝问短路辨识，在多特征研究的基础上提出信息融合诊断方法，在水轮发电机匝问短路故障在线诊断的基础上提高励磁绕组短路故障的识别准确性。主要工作和取得的成果如下:
　　水轮发电机绕组匝间短路转子电流及标准电流的计算分析。分析了励磁绕组发生匝间短路后水轮发电机励磁电流的情况，基于电机原理建立了电压，有功无功等的电气参数的数学模型，推导水轮发电机运行监测量与励磁电动势的关系式。提出了励磁电流计算的空载曲线反向计算法，通过反向计算空载特性曲线，得到水轮发电机励磁绕组正常条件下某特定运行状态的励磁电流计算标准值，通过匝间短路判据与实测励磁电流对比，结果可以反映发电机匝间短路故障及故障程度。
　　绕组匝间短路故障转子磁极温度等热特性的研究。建立水轮发电机转子磁极的三维有限元模型，根据水轮发电机情况提出相关的假设条件，计算了励磁绕组匝间短路故障发生前后的转子磁极温度场及热应力，并总结故障时磁极温度场和热应力的变化规律。改变模型的相关参数，建立不同短路程度和不同短路位置的模型，进一步计算分析了励磁绕组匝间短路程度和位置不同对水轮发电机磁极温度场及热应力的影响规律。
　　提出一种基于Volterra核辨识的水轮发电机励磁绕组匝问短路诊断方法。建立水轮发电机励磁绕组匝间短路故障非线性系统，分析定子分支电压和分支电流作为输入输出识别匝问短路的可行性，引入Volterra级数模型描述系统特征，通过辨识励磁绕组正常和故障状态下非线性系统传递关系的Volterra核函数的不同，来诊断励磁绕组匝间短路故障，并通过发电机的匝问短路故障实验验证了该方法正确性和有效性。提出的诊断方法具有较高的诊断精度，通过三阶核辨识实现水轮发电机励磁绕组匝间短路故障的识别。
　　提出基于多源信息融合的水轮发电机励磁绕组匝问短路识别方法。将多源信息融合理论应用到水轮发电机励磁绕组匝问短路故障识别中，根据水轮发电机特点及传感器情况，选择短路故障特征量作为证据体，将水轮发电机匝间短路的多组故障特征证据体依据证据理论进行融合，降低传感器不确定性影响，提高匝间短路故障识别结论的置信度。进行发电机励磁绕组匝间短路故障实验，对比多特征量与单一特征量置信度，验证了多源信息融合在发电机励磁绕组匝间故障识别中的有效性。结果表明，基于多源信息融合的水轮发电机励磁绕组匝间短路故障识别方法减少了单一传感器所带来不确定性的影响，提升故障识别准确性。