基于多回路数学模型的异步电动机内部故障瞬变过程

基于多回路理论,建立了YN接、Y接、D接笼型异步电动机在正常、内部故障(定子绕组匝间短路与转子断条)情况下的多回路数学模型。应用多回路数学模型对电机内部故障瞬变过程进行数字仿真和实验,以此研究电机定子电流及其负序分量、相位对称关系、边频分量的瞬变规律。分析仿真与实验结果表明：由于实际电机本身固有的不对称性,即使其正常运行,也必将在一定程度上体现内部故障特征;某些形式的定子绕组匝间短路故障可能抵消这种不对称性,并削弱(而非强化)定子绕组匝间短路故障特征;实际电机定子电流往往包含包括转子断条故障特征分量在内的多个边频分量,其中某些边频分量可能来源于电机气隙偏心、转子不对中或其他因素。在工程实际中进行电机内部故障检测时,必须密切关注上述规律,以保证故障检测灵敏度与可靠性。     

海上双馈感应发电机定子绕组匝间短路容错技术可行性分析

受海洋恶劣环境影响,海上双馈感应发电机(DFIG)定子绕组匝间短路故障频发,伴随海上可及性差引起的故障维修困难、停运损失巨大,使得容错技术需求日趋迫切。文中根据DFIG定子绕组匝间短路故障特点,构建精确通用的定子绕组匝间短路模型。针对故障后定子电流负序分量幅值增大而严重影响DFIG正常运行的问题,分离各序分量并提取定子负序电流,通过在转子侧输入相应的谐波电压来抵消定子侧负序电流,构建负序电流控制器以抑制故障后定子相电流的负序分量。仿真与实验结果验证了该方法可以有效降低DFIG定子绕组匝间短路故障后的定子负序电流幅值与输出功率脉动。     

双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究

分析双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流的来源,提出以负序电流作为故障特征量进行故障诊断,建立双馈异步发电机仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小实现了匝间短路故障模拟.对仿真发电机在风速恒定的条件下发生定子绕组匝间短路故障进行了模拟.结果表明,定子发生匝间短路故障后,会在定子中增加负序电流分量,定子负...     

异步电动机定子故障检测新算法

为了提高异步电动机定子故障检测的可靠性,提出了计及转子故障时的异步电动机定子故障检测新算法.进行了定子绕组匝间短路与转子断条故障瞬态仿真并对仿真结果做了分析,指出:转子故障将导致定子电流出现(1±2 s)f1频率分量(s为转差率,f1^为供电频率),并使常规的定子电流负序分量算法准确性降低,而定子电流负序分量恰恰是定子故障特征量之一,因此转子故障将影响定子故障检测的可靠性,甚至导致故障误判.提出了计及转子故障时的定子故障检测新算法,其关键在于:预先采用频谱分析与校正、自适应滤波技术滤除来源于转子故障的定子电流(1±2s)f1频率分量.大量仿真与实验结果表明,该算法在转子正常或故障2种情况下均可准确计算定子电流负序分量.     

异步电动机定子绕组匝间短路故障检测新方法

定子绕组匝间短路是异步电动机常见故障之一，因此研究其检测方法具有重要意义。针对异步电动机定子绕组匝间短路与转子断条故障瞬态进行仿真并分析仿真结果，指出异步电动机转子故障对定子绕组匝间短路故障检测存在不利影响，甚至导致故障误判。提出计及转子故障时的异步电动机定子绕组匝间短路故障检测新方法，该方法关键在于预先采用频谱校正与自适应滤波技术滤除定子电流中由转子故障所导致的特征频率分量。大量仿真与实验结果表明，该方法可以避免将转子故障误判为定子绕组匝间短路故障，使定子绕组匝间短路故障识别可靠性大幅提高。     

利用逆同步速坐标变换检测感应电机定子故障

针对感应电机电流中谐波和噪声影响定子匝间短路故障诊断结果的问题,提出了利用逆同步速坐标变换提取定子故障特征的方法.利用改进的相关算法准确提取三相定子电流基波信息,通过逆同步速坐标变换将基波正序分量转换成二倍频交流量,负序分量转换成直流量.采用均值法提取直流分量,导出了负序分量在逆同步速旋转坐标系下合成矢量幅值,并考虑电机先天不平衡因素定义了表征匝间短路故障程度的灵敏度因子.实验结果表明,该方法避开了先天不平衡、谐波及噪声对诊断结果的影响,灵敏度因子可准确反映定子匝间短路故障特征.系统只需采样电压频率和电流信号,易于工程实现.     

不平衡电压下基于负序电流法的双馈感应发电机定子绕组匝间短路故障仿真研究

定子负序电流是电压平衡情况下双馈感应发电机定子绕组匝间短路故障特征量之一,但实际中三相电压不可能完全对称,由不对称电压产生的负序电流会影响负序电流的大小。鉴于此,如不考虑电压不平衡的影响单纯从负序电流大小判别故障容易误判。当定子发生绕组匝间短路故障时,总的负序电流由不对称电压产生的负序电流分量及定子绕组匝间短路引起的负序电流分量构成。运用多回路理论建立数学仿真模型仿真电压平衡及电压不平衡情况下发生定子绕组匝间短路几种情况,得到电压和电流的基波分量,运用负序阻抗法排除由电压不平衡产生负序电流的影响,得到仅由故障引起的负序电流。仿真结果表明,故障引起的负序电流小于总的负序电流。     

定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响

为研究定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响,对一台12 kW、6极同步发电机的定子绕组连接进行了不同形式的变换,利用经过实验验证的多回路分析法分别对不同定子绕组形式的电机所发生的同一种转子匝间短路故障进行了计算,通过傅里叶分解得到了稳态故障电流的谐波特征,并进行了比较分析。计算与分析表明,发生励磁绕组匝间短路故障后,电机定、转子电流会出现不同于机端外部短路、定子内部短路等其它故障的稳态电流谐波特征,且不同定子绕组形式的电机表现的特征也各不相同。对励磁绕组匝间短路故障监测与保护的研究,需建立在科学的故障计算基础上,对不同型号的电机都需具体分析计算,根据实际情况选择用来检测或保护的特征量。     

基于有限元分析的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断研究

笔者基于有限元分析软件Maxwell 2D建立了双馈异步发电机的仿真模型,通过改变模型中短路匝数和短路电阻的大小来模拟电机的不同短路情况,对不同情况下的电机进行仿真计算得出:定子发生匝间短路故障后,会在定子中产生负序电流,并随着故障严重程度的增加而增大,同时负序电流会受到电源不对称的影响,在用负序电流进行故障诊断时,需要补偿这些非电机故障因素的影响,同时负序电流也会受到电机负载情况的影响,且随着负载的增大负序电流有微弱增大。另外,定子发生匝间短路故障后,定子三相电流不再对称,故障相电流恒最大,而非故障两相的相位差偏离120°最大,且随着故障的加剧而明显增大。     

发电机故障分量负序方向保护的新判据

发电机定子绕组相间短路、匝间短路以及分支开焊 ,均为发电机内部不对称故障 ,将在发电机内部产生一个负序源。发电机外部故障或扰动 ,负序源在发电机外部。负序方向可以保护发电机内部不对称故障 ,然而 ,实际应用中的负序方向保护发生多次误动。由于它主要保护的是发电机匝间短路 ,匝间短路会在短路环路中产生极大的电流 ,但在发电机机端短路电流不大 ,迫使灵敏度整定很高 ,牺牲了安全性。本文提出的新判据在发电机外部故障或扰动时可靠地不动作 ,发电机匝间短路有较高的灵敏度。     

鼠笼式异步电动机转子故障检测方法

基于定子电流的频谱分析方法是异步电动机状态监测与故障诊断的主要途径。总结了异步电动机转子断条和偏心故障时，定子电流中可能出现的故障特征频率成分，通过对同时存在断条和偏心故障的异步电动机的实验结果分析，发现基波周围的断条和偏心特征频率成分尽管容易出现频率重叠，但因其幅值较大，对其进行监测仍是故障诊断最有效的途径；避免误诊的方法是对断条和偏心特征频率成分各自的分布规律进行监测分析，如果同时结合槽谐波及其周围的偏心特征频率成分的监测，将会使结果更准确。     

派克矢量旋转变换在感应电机定子故障诊断中的应用

负序电流是感应电机定子故障的主要故障特征量之一,但是在实际电机中,供电电压不平衡,电机制造和装配误差造成的先天不平衡、负载的大小变化等都会影响负序电流的大小,因此不考虑这些因素的影响而单纯从负序电流的大小来诊断定子故障及故障的严重程度容易出现误判。当定子故障发生时,总的负序电流是由负序电压产生的负序电流分量、电机先天不平衡产生的负序电流分量以及定子绕组故障引起的负序电流分量的相量和构成的。该文通过派克矢量的旋转变换,可以在大量谐波和噪声存在的情况下,求得电流和电压的基波正序和负序相量,并通过负序阻抗和径向基函数神经网络排除负序电流中其他非故障因素的影响,得到负序电流中与定子故障相对应的分量,并以此为依据进行故障诊断。实验结果表明,该方法是一种可行、有效的方法。     

定子电流二次方法的异步电机转子复合故障诊断

为了突出故障早期的故障特征信息,避免复杂算法,实现故障早期状态在线监测,提出定子电流二次方法(流方)的笼型异步电机转子复合故障检测。定子电流经过二次方后转移和放大了定子电流中的故障信号,由于转子断条和气隙偏心的故障特征频率在频谱分布上的差距,转子复合故障得到分离和辨识。同时比较了单相流方和三相总流方对复合故障的诊断效果。复合故障时,流方的故障频率不是单一故障频率的直接累加,还包括两故障频率所引起的交叉干扰项。实验表明,随着断条数的增加,复合故障中表征断条的故障特征分量的幅值增加,有利于故障程度的量化和诊断系统的建立。     

电网电压骤降恢复对双馈风电机组连锁脱网的影响

针对风电低/高电压连锁脱网问题,建立了考虑电网电压骤降恢复阶段的暂态数学模型并对其动态特性进行了分析,详细剖析了该阶段对连锁脱网中高电压穿越过程的影响。电压骤降过程中将会产生定子磁链自由分量,而该分量是考虑电网电压骤降恢复阶段的关键因素。因此,以定子磁链自由分量为切入点,推导出了考虑该阶段的定、转子电流表达式,详细分析并量化了该阶段产生的定子磁链自由分量及不同的故障参数对高电压穿越过程的影响。最后,仿真验证表明了推导的定、转子电流表达式的合理性和暂态模型的正确性。     

采用Park变换感应电机转子复合故障检测

针对感应电机转子断条与偏心故障特征受定子电流基波信号的影响而难以提取的难点,提出了一种基于旋转Park变换滤波的感应电机转子复合故障检测方法.该方法利用电压与电流基波频率相等,通过旋转Park变换,将电流Park矢量的基波正序分量完全滤除而不影响其它的谐波分量,从而使转子断条和偏心故障特征更清晰地显示出来,然后对旋转Park变换滤波后的电流Park矢量的频谱进行分析,可以准确检测到电机转子复合故障时的故障特征.解决了电流频谱分析方法转子故障特征频率分量容易被基波湮没而难以突出故障特征的问题.实验结果表明,应用该方法可有效的对电机转子复合故障进行实时检测.     

电网电压骤升时DFIG定转子电流分析及无功电流配置改进

在双馈感应发电机（DFIG）高电压穿越（HVRT）问题中,电压骤升引起的暂态过电流不足以触发撬棒保护动作,致使HVRT下的定转子短路电流特性比低电压穿越（LVRT）更复杂。推导了计及电磁暂态过渡过程和转子侧换流器（RSC）调控共同作用影响下的定转子电流表达式。在此基础上考虑并网规范要求的DFIG无功电流支撑,控制RSC和网侧换流器（GSC）输出与骤升幅度相对应的分量,使DFIG工作于无功支持状态。仿真结果表明,定转子电流表达式准确描述了HVRT期间的故障电流,所得结果更具一般性,且对故障电气量的计算具有重要意义;改进无功电流配置实现了DFIG的HVRT。研究结果对掌握DFIG的动态过程具有一定的参考价值。     

基于DSP电动机综合保护装置的设计

提出了一种基于DSP硬件平台对电动机进行综合保护的解决方案。保护装置包括继电保护部分和故障检测部分：继电保护部分应用对称分量法对电动机进行各种形式的电气故障进行保护;故障检测部分采用电流频谱分析法从定子电流信号中提取出转子故障特征频率分量,对机械故障进行检测警告用户。选用易于获得的单相定子电流作检测部分与保护部分之间的联系,利用DSP的强大数字信号处理能力保证装置的一体化实现。     

双馈风电机组在不对称电网故障下的稳定性控制研究

为避免电网电压不对称跌落导致双馈风电机组(DFIG)脱网运行,分析了电网不对称故障时双馈风力发电机组直流母线电压波动机理,直流侧过电压这一现象主要由定子侧直流分量和电网电压负序分量引起.通过参考系坐标变换导出在正负序坐标系中双馈感应发电机的电压和电流方程,建立了正、负序坐标系下DFIG数学模型,利用机、网变流器协调控制方法,在不对称电网故障期间,机侧变流器转子电流的负序分量控制为零,网侧变流器采用双闭环正、负序电流控制抑制网侧负序分量,结合功率计算模块,有效抑制了机组电磁转矩与电流的2倍频波动,以及直流母线电压与电流负序分量的波动,改善了DFIG在不对称电网故障下的动态性能.仿真结果表明了该控制策略的可行性.