同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断研究

在对同步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流分量产生机理进行分析的基础上,提出了以负序电流作为故障特征量,对同步发电机定子内部短路故障进行监测和诊断的方法。基于电路与电磁场有限元理论,建立同步发电机场路耦合数学模型,对半载运行下的同步发电机发生定子绕组匝间短路故障进行仿真,计算出故障发生前后三相电流相角差与幅值以及负序电流分量,并通过一台功率为24 kW的同步发电机实验数据验证了模型的精度与理论分析的合理性。同时,仿真分析了同一支路短路故障与不同支路短路故障等情况下对负序电流大小的影响,该结果对同步发电机定子绕组匝间短路故障的监测与诊断具有理论意义。     

发电机转子负序涡流场二维分析与计算

利用复数表面阻抗的概念给出了发电机转子负序涡流场二维分析与计算方法,在此基础上,编制了相应的计算程序.以转子极面加阻尼系统的300MW汽轮发电机为例,计算了发电机稳态负序运行时转子上的涡流分布和损耗分布.根据计算结果,讨论了转子极面加阻尼系统对提高发电机负序能力所起的作用.     

核电半速汽轮发电机单相短路时磁场特性分析

针对发电机单相短路时磁场特征问题,以一台核电半速汽轮发电机为例,采用场-路耦合方式建立了发电机单相短路仿真模型,通过对发电机单机空载时正常及机端单相短路仿真,得到了短路前后发电机内部磁场分布以及气隙磁密的变化特征。指出机端单相短路时发电机磁场仍具有对称性,故障后气隙磁密数值小于正常运行时的气隙磁密数值。通过对故障前后气隙磁密傅里叶分解,指出故障后气隙磁密基波分量明显减小,而奇数次谐波分量增大。     

核电四极汽轮发电机转子典型故障温度场分析

为了解决高速旋转的转子容易产生多类故障问题,本文对发电机转子典型故障的温度场进行分析,评估故障影响和机组带病运行能力。采用有限元方法建立了TA-1100-78型四极汽轮发电机的三维传热模型,计算并分析了转子不同程度、不同位置励磁绕组匝间短路以及转子风路堵塞时的转子三维温度场。结果表明:转子匝间短路和风路堵塞均会引起转子温度场分布的不平衡。匝间短路程度越高,转子温度场不平衡度越大,温升越大;匝间短路位置越靠近转子大齿,转子温度场畸变程度越高。风孔堵塞对转子温度场影响与堵塞位置有关,单排风孔堵塞引起堵塞点附近区域温升明显,双排风孔堵塞对整体温度场影响不大。转子典型故障三维温度场分析为发电机的设计、运行和维护提供了理论参考。     

发电机单相短路时电磁转矩谐波特性分析

为研究发电机单相短路时电磁转矩的变化特征,以一台核电机组为例,采用场-路耦合法,建立了仿真模型。通过对机组单机带额定负载运行时单相短路仿真,得到了故障前后气隙磁场以及电磁转矩的变化特征,指出故障后电磁转矩直流分量减小,同时产生了偶数次谐波分量。     

发电机单相短路时非故障相电压谐波特性分析

为研究发电机单相短路时非故障相电压的谐波特性，以一台核电机组为例，采用场-路耦合法，建立了核电机组二维有限元模型以及单相短路外电路模型。通过对机组单相短路仿真，得到了故障后励磁电流及非故障相定子电压的谐波变化特征。     

汽轮发电机转子绕组匝间短路故障研究

对汽轮发电机发生转子绕组匝问短路故障后,电磁特性和电气参量的变化进行了分析。发现了故障发生后励磁电流增加而无功输出却相对减少的特征,提出了利用故障前后励磁电流的计算值和测量值之间的相对变化率作为识别故障严重程度的一个实用的方法,建立了在线识别转子匝间短路的故障判据。该判据利用发电机转子匝间短路的动态模拟试验机组进行了相关的实验验证。     

励磁式发电机故障模拟系统

针对发电机在运行过程中,会受到多种因素影响而出现各类故障等问题展开研究,这些问题若无法及时发现可能会导致很严重的后果.在深入研究励磁式发电机定、转子结构的基础上,设计了励磁式发电机故障模拟实验系统,该系统采用两级发电式结构,故障设置操作简单.该系统可模拟主发电机定子绕组匝间短路故障、定子绕组相间短路故障;转子偏心故障;励磁机定子绕组匝间短路故障、转子绕组匝间短路故障、相间短路故障.旋转整流器三相桥式电路中,可设置某一功率二极管开路故障.该实验系统能够实现发电机故障的定位并提高发电机运行的可靠性.     

发电机转子绕组匝间短路故障的分析与检测

深入分析了发电机发生转子绕组匝间短路故障后的电磁特性，得出当发电机发生匝间短路故障后，若端电压和有功功率保持不变时，无功功率会相对减小的结论；同时推出在一定的状态下，有功功率、无功功率和励磁电流之间的对应关系。利用人工神经网络具有不需要精确的数学模型及诸多参数的优点，把人工神经元网络方法引入到发电机转子绕组匝间短路的故障诊断技术中，可通过对故障样本的比较，诊断出转子绕组匝间短路的故障情况。     

不平衡电网电压下并网型双馈感应发电机励磁控制策略

通过坐标变换推导出双馈感应发电机在正、负序坐标系下的电压方程和磁链方程,建立了正、负序坐标系下基于定子正、负序磁链定向的并网型双馈感应发电机数学模型.分别给出负序控制系统4类不同控制目标时转子负序电流指令值,得到适应于电网电压不平衡的双馈感应发电机在正、负序坐标下的励磁矢量控制策略.     

双馈感应发电机定子绕组匝间短路时电磁特征

双馈感应发电机逐渐成为风力发电机的主流机型,其容量越来越大。绕组匝间短路是双馈感应发电机常见的故障之一,为了研究电机定子匝间短路故障时的电磁特征,基于有限元和多回路理论建立了电机的数学模型;采用该模型计算了一台5.5 k W感应电机定子绕组匝间短路时的定转子电流以及电磁场,得到了电机正常与故障两种情况下的磁场分布以及定转子电流的波形。通过对比分析健康电机与故障电机的磁场以及定转子电流,得出了双馈感应发电机定子绕组匝间短路时的故障特征:定子绕组匝间短路使得气隙磁场中出现了分数次以及偶数次谐波,定子三相电流不再对称,三相电流的幅值均有增加,故障所在相的电流增幅最大,且故障相与其超前相的相位角随着故障程度加深而变大且大于120°。     

感应发电机接入配电网的不对称短路电流峰值评估

短路电流计算是分布式发电接入配电网规划和保护的基础. 研究了感应发电机(IG)的不对称故障暂态特性, 推导配电网不对称故障时IG定子短路电流的解析式. 由于配电网不同位置发生短路故障时, 故障瞬间电压相位变化和发电机转速在故障过程中快速上升, 都将对IG注入电网的短路电流产生影响. 在计及配电网不对称故障后IG转子转速变化的同时, 利用转子运动方程和正负序静态等值电路, 得到了估计电网发生故障后IG的短路冲击电流算法, 最后利用电磁暂态分析软件中IG的5阶动态模型仿真验证该方法的正确性.     

1000MW水轮发电机不对称运行时阻尼条涡流损耗计算分析

针对大型水轮发电机不对称运行时阻尼条易熔断的现象,在建立电机二维电磁场-电路-运动耦合时步有限元模型的基础上,对一台1000MW水轮发电机不对称运行时阻尼条涡流损耗进行深入研究.全面考虑了定子开槽、磁极转动以及定子电流等因素对阻尼条涡流损耗的影响,准确计算出不同运行工况下一个磁极内各根阻尼条涡流损耗,分析其变化规律,并在此基础上讨论了阻尼系统连接方式、阻尼条半径、阻尼条材料对阻尼条涡流损耗的影响.研究结果表明,不对称运行时,沿旋转方向最后一根阻尼条涡流损耗最大,阻尼系统结构参数对阻尼条中涡流损耗分布有较大影响.     

基于多回路理论的发电机励磁绕组匝间短路故障时励磁电流谐波分析

本文分析了发生转子绕组匝间短路故障,发电机的电磁特性及励磁电流的变化,针对SDF-9型故障模拟实验机组,采用多回路模型建立了励磁绕组匝间短路故障情况下的转子电感参数模型和定转子互感参数模型。对励磁绕组匝间短路的短路匝数与励磁电流的谐波关系进行了定量计算。分析得到转子绕组匝间短路故障的特征,为故障检测提供依据。     

水轮发电机励磁绕组匝间短路转子温度场计算

转子绕组匝间短路是水轮发电机中一种常见的故障,该故障会对转子磁极温度的分布产生影响。以三峡水轮发电机为例,基于传热学理论建立转子磁极三维计算模型,并采用有限元方法对温度场进行求解,得到在励磁绕组匝间短路情况下的磁极温度场。在此基础上,研究了匝间短路位置变化、短路匝数变化以及冷却风参数改变对磁极温度场的影响。通过计算分析得出磁极中部励磁绕组短路对磁极高温区域影响较大等有意义的结论。成果为之后匝间短路应力和短路恶化的研究奠定了基础,也为电机设计者以及相关研究工作提供了一定的参考。     

不对称负载对汽轮发电机磁场畸变及功角的影响

大型汽轮发电机是电力系统的重要组成部分,其稳定性直接影响了电力系统的安全运行。在建立二维电磁场时步有限元模型的基础上,对一台1 407 MVA汽轮发电机的空载、额定负载及不对称负载运行工况进行深入研究。分析了汽轮发电机不同运行工况下磁场的变化,给出了发电机负载不对称工况下磁密偏移角度的计算方法,通过磁密偏移角度来定量的研究发电机磁场畸变的变化规律。研究了在汽轮发电机负载不对称工况对应的不同负序含量下发电机内功率因数角及功角的变化规律。研究结果表明汽轮发电机在带不对称负载时,不仅磁场发生偏移与畸变并且内功率因数角、功角均随负载不对称发生相应变化,得出的仿真结果与理论分析结果相一致,为发电机在负载不对称工况下磁场的研究及故障判断提供一定的理论基础。     

200MW水轮发电机励磁系统仿真研究

分析了发电机励磁控制系统的结构、控制原理;以200MW水轮发电机为例,对以PID控制方式的励磁控制系统进行了研究.在此基础上,基于MATLAB/Simulink软件,建立了同步发电机及其励磁调节系统仿真模型.并在Simulink环境下进行了系统发生三相短路故障的仿真.从仿真结果分析,系统发生短路故障时对发电机的稳定运行有很大的影响;参数合理的励磁调节器能使发电机在故障切除后较快的恢复稳定运行状态.     

汽轮发电机转子阻尼系统对小扰动特性的影响

电力系统中的各种小扰动通常会导致系统发生低频振荡,而汽轮发电机转子阻尼系统对于抑制低频振荡具有重要作用。为了研究转子大齿导条、转子导电槽楔构成阻尼绕组和转子铁心对系统小扰动特性的影响,建立了能够反映实际转子阻尼结构影响的时步有限元模型。首先研究了忽略转子阻尼作用对小扰动仿真结果的影响;然后对比研究了阻尼绕组和转子铁心分别对小扰动特性的影响,分析了不同阻尼结构中阻尼电流的大小及其所产生的阻尼作用强弱;最后对比了转子槽楔采用铝合金和不锈钢时,材料电导率的大小对小扰动特性的影响。结果表明:小扰动过程中阻尼绕组中的阻尼电流大于转子铁心中的电流,因此其对小扰动特性的影响较大;转子槽楔采用铝合金时的阻尼作用要强于不锈钢槽楔的阻尼作用。研究结果可为电力系统仿真中如何合理准确地分析系统小扰动特性提供必要的理论基础。     

同步发电机场路耦合模型的参数化建立方法

针对用于分析同步发电机内部短路故障场路耦合模型前处理工作量过大的问题,提出了一种场路耦合模型的参数化建立方法。该方法适用于任意尺寸、磁极形状和绕组形式的同步发电机场路耦合模型的快速建立。以一台1 400 MW汽轮发电机为研究对象,建立了该电机的场路耦合模型,并对其发生定子绕组内部短路后的暂态过程进行了详细地研究。结果表明:短路后位于故障区域的气隙磁场畸变严重,并出现了较强的偶数次谐波;故障电流幅值很大,对电机的安全运行带来严重威胁;阻尼条电流周期性达到峰值,其周期为转子旋转一周的时间。     

振动偏心时定子绕组短路对振动特性影响分析

考虑了实际运行的发电机普遍存在的振动偏心状态,对定子匝间短路引起的发电机振动特性进行了机电耦联交叉特性分析。首先分析定子绕组匝间短路后气隙磁场变化特征,计算得到气隙磁导、气隙磁密和气隙磁场能的表达式,然后得到作用于转子的不平衡电磁力特性和作用于定子的脉振电磁力特性,最终得到定转子径向振动特征。并实际测试了SDF-9型和MJF-30-6型故障模拟发电机定子绕组匝间短路时定转子径向振动信号,与理论分析结果基本吻合。