基于定子电流谐波法的无刷励磁机旋转二极管开路故障检测

旋转整流器是无刷励磁机的关键部件,同时也是无刷励磁机稳定运行时的薄弱环节。旋转二极管的开路故障是无刷励磁机的典型电气故障,给发电机励磁系统带来了安全隐患。本文根据无刷励磁机的电气结构特点,分析了旋转整流器的二极管一管开路对电枢磁场以及定子电流的影响,运用定子电流谐波法来检测无刷励磁机的旋转二极管开路故障。本文以22极39相无刷励磁机为例,通过有限元仿真验证了定子电流谐波法的检测性能。     

11相无刷励磁机故障工况数字仿真研究（二）

应用由张量电网络理论所建立的无刷励磁机通用仿真模型，对１１相无刷励磁机进行了故障工况的仿真分析和实验研究，包括一相退出运行、二相退出运行、三相退出运行。理论分析与实验结果吻合。     

无刷励磁系统旋转二极管故障的在线监测

对励磁机定子励磁电流的谐波特征进行理论分析,分析发现旋转二极管故障时励磁机定子励磁电流将出现不同于正常运行时的谐波分量;进一步在MATLAB/SIMULINK下建立了包括旋转二极管在内的无刷励磁系统的仿真模型,对二极管各种故障下的励磁机定子励磁电流进行了仿真计算,验证了理论分析的正确性.研究表明：依据励磁机定子励磁电流监测分析可对旋转二极管故障进行有效在线监测.     

核电多相角形无刷励磁系统旋转二极管开路故障特征分析

多相无刷励磁系统是大容量核电机组的首选励磁方式,其整流二极管处于高速旋转状态,在实际运行中二极管故障时有发生,对二极管故障特征的准确把握是实现对其可靠灵敏保护的前提。首先,通过理论分析得到旋转二极管正常运行、一管开路及一相开路时励磁机转子电枢电流的解析表达式。进一步,基于电枢反应磁势对定子励磁绕组作用的分析,得到了3种运行情况下励磁机定子励磁电流的谐波特性。最后,对某11相角形无刷励磁机样机进行了负载工况下二极管正常运行、一管开路及一相开路实验,电枢电流和励磁电流的实验结果验证了理论分析的正确性。实验与理论分析均表明:旋转二极管正常运行时励磁机定子励磁电流主要含直流分量,一管开路时出现基波和各次谐波分量,一相开路时出现各偶数次谐波分量。     

无刷励磁同步发电机旋转整流器故障的理论分析

无刷励磁同步发电机的旋转整流器是由6个旋转二极管和6个熔断器组成的全波整流桥(图1)。在故障情况下熔断器断开时发电机磁场电流将减少,为使其恢复到额定值,自动电压调节器即自动增大励磁机磁场电流,使熔断器尚完好的支路电流(励磁机线电流和二极管电流)增大。现将各支路电流的变化情况(为简化仅讨论理想状态)分析如下。     

旋转整流元件在无刷励磁机设计中的应用

本文分析:无刷励磁机设计中旋转整流元件承受的离心加速度;二极管平均电流与发电机的强励电流、并联支路数及不平衡系数之间的关系;熔断器的分断电流与二极管额定电流有效值的关系;吸收电容与过电压的关系.提出了旋转整流元件参数的计算与选取方法.采用本文的设计理念,无刷励磁机的性能完全满足高起始响应和强励的要求.     

发电机励磁绕组阻尼环烧毁的原因分析

分析了因无刷励磁机转子旋转整流器中二极管故障导致烧毁相关设备的现象和原因,提出了相应的解决措施.完善了无刷励磁机系统的功能.使发电机和与其相连的电力系统运行的稳定性和可靠性得到保证.     

多相无刷励磁系统旋转整流器故障的仿真与识别

多相无刷励磁系统中旋转整流器的损坏时有发生,故障恶化将严重影响主发电机的正常安全运行。为识别旋转整流器的故障,建立了包括旋转整流器在内的整个多相无刷励磁系统的多回路数学模型,对旋转整流器的正常运行和常见故障状态进行了仿真,仿真结果同励磁机额定运行值以及实验结果吻合。分析了旋转整流器各种状态时励磁机稳态定子励磁电流的频谱,并对特征机理进行了理论分析,在此基础上提出以励磁机定子励磁电流的4次谐波分量同22次谐波分量的比值作为故障识别对象,为多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断提供了理论依据。     

多相多边形无刷励磁机及旋转整流系统的运行状态分析

多相多边形无刷励磁机由于其固有的一些技术特点在一些大容量常规火电站和核电站中得到应用,对该励磁机整流系统运行状态的分析是研究其电气原理和特性的关键。基于多相多边形无刷励磁机电枢实际的空间分布与连接,得到了二极管的理想导通规律;进一步地,考虑换相过程中各阶段的二极管导通数量及等值电路,解析了各状态的电气量波形,获得了各导通状态所满足的临界条件;对一台十一相动模样机进行了实验研究,将实验结果与通过理论解析得到的二极管电流进行了对比,验证了理论分析的准确性。从而完整地揭示了多相多边形无刷励磁机及旋转整流系统的导通换相规律,为该系统的设计提供了理论依据。     

核电多相环形无刷励磁系统故障分析及继电保护原理

多相环形无刷励磁机是目前在运百万千瓦级核电站广泛采用的励磁机型,因其未配备完善的继电保护,现场发生的多起故障带来了严重损失。实现该保护的难点在于励磁机为旋转电枢式电机,可量测的量仅为定子励磁电流,需用单一电气特征实现对多种故障的保护及区分。首先,文中从各种故障前后转子电枢电流及空间谐波磁场特性入手,对励磁机定、转子绕组及旋转整流器故障的特征及机理进行了深入研究,根据绕组结构不对称下定、转子电流的相互感应关系,得出各种故障暂态及稳态时的频谱分布特征及演变规律;其次,以十一相环形无刷励磁机为例,对动模样机进行了不同故障的实验和仿真,实验和仿真结果验证了理论分析的正确性;最后,提出了一种基于定子励磁电流的新型保护原理,动模样机实验及保护装置的现场运行及测试结果表明,该原理能够实现对故障的可靠灵敏保护,并能有选择性地区分故障。     

核电多相环形无刷励磁机转子绕组短路故障特征分析

多相环形无刷励磁机是大容量核电机组广泛采用的一种励磁机型,实现对其内部故障的可靠保护,对保障核电发电机组的安全运行具有重要意义。因多相环形无刷励磁机为转枢式结构,转子电枢绕组故障无法得到直接监测,但依据故障在定子励磁绕组中反映的特征来实现监测是一种有效的途径。通过理论分析正常运行及转子绕组短路时核电多相环形无刷励磁机的转子绕组与定子绕组产生的磁动势性质及其在气隙磁场中的相互作用,得到了两种运行情况下转子电枢电流和定子励磁电流的谐波特性。对某11相动模样机进行了正常运行和转子电枢绕组短路实验,通过快速傅里叶分析得到了实验电流的谐波特征,实验结果与理论分析相符。该方法适用于任意核电多相环形无刷励磁机的任意形式的转子绕组短路故障特征分析,可应用到核电多相环形无刷励磁机转子绕组短路故障诊断的进一步研究中。     

多相环形无刷励磁系统的运行特性分析

为了研究多相环形无刷励磁系统的运行特性,提出了基于数学建模和等值电路的分析方法.首先分析了多相环形无刷励磁机及整流系统的工作原理及运行特点,得到了二极管导通模式和整流器工作的等效电路.之后建立了多相环形无刷励磁系统的数学模型,包括绕组方程、直流负载方程、系统总方程等,并基于关联矩阵得到了考虑多相整流桥实际状态的标准方程等.然后在十一相转极式动模样机平台上进行了相应的实验,并将实验结果与仿真结果进行了对比,验证了数学模型的准确性.在此基础上,对实际应用的某330 MW机组的十一相环形无刷励磁系统进行了仿真计算,并对各阶段的等值电路、二极管电流及负载电压等进行了解析分析,发现了二极管存在提前导通和多管同时导通现象,得到了等值内电势计算公式和负载电压平均值,为多相环形无刷励磁系统的设计与优化提供了依据.     

基于有限元法的无刷交流励磁机空载特性分析及额定励磁电流计算

针对无刷交流励磁机铁心结构的复杂性和铁磁材料饱和特性的影响,采用非线性有限元法,利用有限元软件Maxwell,建立无刷交流励磁机的二维模型,对空载特性及额定励磁电流进行研究分析。以1台28 kW无刷交流励磁机为例,对电机气隙磁场仿真分析并求取空载特性。计算所得的基波电势与实测结果相符,为此类电机电磁场的设计提供理论依据。在此基础上通过场路耦合的方法,用外电路来模拟额定负载工况,计算出额定工况下的励磁电流。该方法具有实用性,可为一般的交流励磁机励磁电流计算提供参考。     

旋转整流器式无刷交流发电机转子故障可诊断性研究

本文对三相桥式整流器式无刷交流发电机的几种典型的转子故障情况进行了计算机数字仿真分析和实验验证。提出通过检测励磁机的励磁电流的平均值和主要谐波次数可以判定转子故障是否存在以及故障的类型。     

11相无刷励磁机的数字仿真

本文采用基于张量电网络所建立的数字仿真模型，对１１相无刷励磁机进行了仿真分析。此模型适于处理无刷励磁机所组成的时变网络系统。所需电感参数用二维有限元法算得。最后得到１１相无刷励磁机的详细仿真结果，并进行了验证。     

多相环形无刷励磁机定子过电压机理分析

为研究台州电厂11相环形无刷励磁机定子过电压事故,本文首先介绍了励磁机定子绕组接地故障并进一步引发定子过电压事故的经过,并以一般m相P对极无刷励磁机为理论分析对象,从故障时定、转子绕组产生的磁场及其相互感应入手,明确了定子过电压产生的机理.对台州11相无刷励磁机进行定子过电压的仿真分析,对稳态励磁电流波形进行傅里叶分析及定子过电压的量化计算.理论分析及仿真计算均表明:定子过电压中仅含有m/P倍次谐波分量,且定子过电压量化计算结果与事故录波结果接近,验证了上述机理分析的正确性,同时也为核电定子过电压保护的研究提供了理论依据.     

核电无刷励磁机转子不平衡磁拉力与整流桥二极管开路故障的关联特性研究

针对核电无刷励磁系统的旋转整流器二极管易发生开路故障,导致励磁机电枢电流分布不对称,转子承受不平衡电磁力作用的问题,以一台核电5.8 MW三相无刷励磁机旋转整流器的一个二极管开路故障为例,结合电枢绕组空间布局及其感应电动势特点,分析了旋转整流器二极管的导通规律及二极管开路故障前后电枢磁场的变化特征,得到转子不平衡磁拉力的解析表达式和谐波特征,进一步结合矢量分解原理及各相绕组通断规律预测了转子在x′轴和y′轴方向的振动频率。通过有限元仿真得到转子不平衡磁拉力与二极管开路故障的关联特征,验证了二极管故障后转子不平衡磁拉力的基频、（P±1）倍基频、（2P±1）倍基频等谐波幅值显著增大的预测。     

一种新的无刷发电机转子绕组匝间短路故障的检测方法

无刷发电机转子匝间短路故障发生频率高且难以检测。以发电机定子绕组线圈为对象,分析了发电机转子绕组匝间短路时,定子绕组并联支路内的感应电动势特性,以及由此引起的转子绕组上的谐波特性。将励磁电流中的特征频率成分看成谐波源,研究了故障特征向励磁机侧传递的规律,得到了故障时励磁机励磁电流的谐波特征,从而提出了一种基于励磁机励磁电流的转子绕组短路故障的检测方法。运用故障模拟发电机组进行了动模试验,试验验证了理论分析的正确性和有效性。     

无刷励磁发电机可靠性设计研究

无刷励磁机之励磁机电枢绕组由多路并联改为一路并联,可减少端部连线,减少故障环节.通过对并联支路改进前后性能比较,提出优化设计方案.     

励磁机旋转二极管故障检测装置输出逻辑的改进

介绍了北仑发电厂2号机组无刷旋转励磁系统概况 ,励磁机旋转二极管故障检测装置在运行中存在的问题 ,以及其跳闸输出逻辑改进情况和该装置检查维护要点。