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。     

同步发电机励磁绕组匝间短路时的电磁转矩

同步发电机的励磁绕组匝间短路故障会引起机械振动,而研究故障时的电磁转矩是分析机械振动特性的基础。文中首先基于多回路数学模型计算了短路故障后的电磁转矩,计算中全面考虑了定、转子绕组产生的各种次数、转速、转向的空间磁场之间的相互作用;对一台12kW、3对极隐极同步发电机样机进行了仿真计算及实验的比对验证;从分析故障后定、转...     

同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿真

励磁绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、振动加剧等.为实现故障在线监测与保护,需准确快速计算故障电流等电气量.应用交流电机的多回路理论,基于对故障时定、转子电流稳态特征的分析,得到各回路电流的稳态表达式;根据同频率量相等的原则,将稳态时的微分方程组转化为线性代数方程组,得到励磁绕组匝间短路故障的稳态数学模型;利用高斯消去法可直接求得所有回路电流中各种交、直流分量的稳态解,快速实现故障的稳态计算.对一台12 KW、3对极的隐极同步发电机进行了空载时励磁绕组匝间短路实验,稳态仿真结果与实验吻合较好.该方法可比暂态仿真减少90%的计算时间,为同步发电机励磁绕组匝间短路故障的监测与保护奠定了基础.     

同步发电机励磁绕组匝间短路的仿真研究

转子绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功减小、转子振动加剧等影响,如果不及早处理可能给机组的安全运行带来巨大威胁.近年来国内外研究主要通过实验检测及定性分析,由于不能准确计算故障电流等电气量,在实际应用中存在局限性.本文为多支路同步发电机励磁绕组匝间短路建立了改进的多回路数学模型,并提出了与励磁绕组有关的电感系数的计算方法,可以考虑气隙磁场畸变、定子绕组不平衡电流等因素的影响.针对1台4极凸极同步发电机,用该模型对不同匝数的励磁绕组匝间短路进行数字仿真,可得到短路后定、转子电流及有功功率、无功功率等.根据计算结果,本文提出励磁绕组匝间短路后定子同相不同分支之间出现分数次谐波环流、励磁电流出现基波及奇数次谐波的故障特征,并给出了物理解释,可以为转子匝间短路保护提供依据.     

同步发电机励磁绕组匝间短路的数学模型与故障特征

为实现励磁绕组匝间短路故障的早期诊断,需要准确计算故障电流等电气量.考虑到转子故障引起的气隙磁场的各种空间谐波、定子相绕组内部不平衡电流和励磁绕组电路拓扑结构的改变,建立了同步发电机励磁绕组匝间短路故障的扩充的多回路数学模型,并准确计算了与发生匝间短路故障的励磁绕组有关的电感参数,利用数值方法可对发电机励磁绕组匝间短路...     

大型水轮发电机励磁绕组匝间短路的稳态故障特征分析

大型水轮发电机励磁绕组匝间短路故障不仅会使励磁电流增大、输出无功功率减小,还会导致机组振动加剧,影响系统的安全稳定运行.为对故障特征及其机理进行研究,以三峡左岸VGS发电机为例,首先通过分析故障时励磁磁动势及其作用在不均匀气隙产生的磁场性质,得出定子相绕组内部存在分数次不平衡分支电流的特征.以定子支路为基本分析单元推导...     

隐极同步发电机励磁绕组匝间短路励磁磁动势研究

为了研究汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,用傅里叶分解法将各个励磁线圈产生的矩形波磁动势分解,叠加获得汽轮发电机励磁磁动势正弦型表达式。该式可用于隐极同步发电机励磁绕组正常和不同程度、不同位置匝间短路故障时的磁动势定性和定量分析。利用此表达式对一对和两对极汽轮发电机励磁绕组正常和匝间短路时的励磁磁动势进行了定性谐波分析;还对一对极汽轮发电机的励磁磁动势进行了定量分析,得到了励磁绕组正常和3%、6%、15%不同程度匝间短路情况下的磁动势分布图,并将其各次谐波幅值进行了分析对比。实验采集的定子并联支路环流的频谱分析结果表明了励磁磁动势表达式定性分析的正确性。为汽轮发电机励磁绕组匝间短路电磁特性分析提供了理论基础。     

同步发电机定子绕组匝间短路故障特征规律研究

为真实有效地反映实际并网运行的大型同步发电机发生定子绕组匝间短路故障时发电机定子电流及谐波电磁转矩等主要电气量的变化规律,采用场-路-网耦合时步有限元法对该问题进行了详细分析。以一台1 407 MVA核电半速汽轮发电机为研究对象建立了场-路-网联合仿真模型,在发电机并网带额定负载稳定运行条件下,对发电机定子绕组不同位置发生相同程度匝间短路故障进行了仿真,研究了大型发电机定子绕组匝间短路时故障位置对发电机机端三相电流、暂态基波电磁转矩、暂态二次谐波电磁转矩及稳态二次谐波电磁转矩的影响。为大型同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断提供参考。     

同步发电机转子绕组匝间短路故障的谐波传递分析

同步发电机转子绕组匝间短路时,它产生的谐波可以传递到励磁机励磁绕组.通过仿真试验表明,该谐波传递到励磁机定子绕组时,其幅值的衰减程度与发电机转子绕组上感应电动势谐波频率有关,频率越高衰减程度越高.     

多极隐极发电机励磁绕组匝间短路时的定子分支环流谐波特性

为研究多极隐极发电机励磁绕组匝间短路故障机理,揭示多极隐极发电机励磁绕组匝间短路特性,详细推导了多极隐极发电机空载运行时励磁绕组正常与故障状态下,励磁磁动势、定子空载电动势及故障后定子绕组并联支路间环流的表达式。对比分析了故障前、后定子相绕组感应电动势以及定子分支环流,揭示了转子极对数p与故障后定子感应电动势及定子分支环流谐波次数之间的关系;并对励磁绕组短路位置相同、短路程度不同以及短路程度相同、短路位置不同时的谐波环流特性进行了分析,进而得到了定子分支环流与励磁绕组短路位置及短路程度间的关系。以一台核电半速隐极发电机为例,对励磁绕组同位置、不同程度以及同程度、不同位置的短路过程进行了仿真,仿真结果与解析结果一致,验证了理论推导的正确性,为多极隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线定位提供了理论基础。     

同步发电机转子绕组匝间短路故障特征传递规律

研究了发电机转子绕组匝间短路时,短路故障特征依次由定子绕组、励磁绕组、励磁机电枢绕组到励磁机励磁绕组的传播规律。理论分析和仿真结果表明:当发电机转子绕组发生匝间短路故障时,励磁机励磁绕组上产生频率为nrM/60倍频的感应电流。从而提出了一种基于励磁机励磁电流的发电机转子绕组匝间短路故障诊断的新方法,克服了一般诊断方式需要安装侵入式传感器的不足。最后运用故障模拟发电机组进行了动模试验,试验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性。     

同步发电机转子绕组匝间短路故障特征传递规律

研究了发电机转子绕组匝间短路时,短路故障特征依次由定子绕组、励磁绕组、励磁机电枢绕组到励磁机励磁绕组的传播规律.理论分析和仿真结果表明:当发电机转子绕组发生匝间短路故障时,励磁机励磁绕组上产生频率为n<,r>M/60倍频的感应电流.从而提出了一种基于励磁机励磁电流的发电机转子绕组匝间短路故障诊断的新方法,克服了一般诊断方式需要安装侵入式传感器的不足.最后运用故障模拟发电机组进行了动模试验,试验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性.     

同步发电机转子绕组匝间短路故障特征规律分析

目前发电机励磁绕组匝间短路研究主要针对某一结构参数发电机,故障特性并无普遍性,为此以发电机定子线圈为基本对象,应用交流电机绕组理论的谐波分析法分析了发电机转子绕组匝间短路时定子绕组并联支路内感应电动势的谐波特性、定子绕组感应电流产生的旋转磁动势以及转子绕组感应电流的谐波特性,从而给出了适用于一般发电机结构的转子绕组匝间短路故障特征规律。该规律可根据发电机的不同结构参数,求得定子绕组侧、转子绕组侧故障特征的幅值和频率。以试验所用的故障模拟发电机为例,应用故障特征规律进行了转子绕组匝间短路故障特征计算。运用故障模拟发电机组在不同的励磁方式和负载情况下进行了转子绕组匝间短路的动模试验。通过分析和比较算例及试验结果验证了故障特征规律的正确性和有效性。     

汽轮发电机励磁绕组匝间短路多回路数学模型

为了分析汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障机理,建立考虑转子铁心涡流影响的汽轮发电机空载时励磁绕组匝间短路多回路数学模型。用气隙磁导法推导了与汽轮发电机励磁绕组有关的单个线圈间电感系数的计算公式。采用该模型对空载时有无励磁绕组匝间短路故障2种工况分别进行仿真,得到了励磁电流、定子并联支路环流、定子电压仿真波形。通过仿真研究还得到励磁绕组匝间短路后的2个故障特征:在外加恒定励磁电压的情况下,励磁电流逐渐增大到另一个稳定值;定子并联支路间出现了环流。通过实验验证了所建多回路数学模型的正确性。为汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障检测和诊断提供参考。     

同步发电机定子绕组匝间短路时转子动态电磁力计算

为准确地分析定子绕组匝间短路后同步发电机转子铁心电磁力的分布特点和变化规律,建立了同步发电机内部短路场路耦合模型,并结合麦克斯韦应力法,对一台1 400 MW半速汽轮发电机转子齿顶和齿壁动态电磁力进行了计算。经分析得到:在短路环电流的影响下,转子齿顶和齿壁局部电磁力突增,且最大电磁力集中在磁极两侧边缘处和槽口位置。随着短路匝数的增加,齿顶和齿壁局部电磁力的最大值小幅增加。该文为全面了解匝间短路对同步发电机的威胁和转子结构的优化设计提供了相应的理论依据。     

基于深度置信网络的同步发电机励磁绕组匝间短路故障预警

针对励磁绕组轻度匝间短路故障难以及时诊断的问题,提出一种基于深度置信网络(DBN)的同步发电机励磁绕组匝间短路早期故障在线预警方法.构建由2个DBN子网络组成的模型,分别以励磁电流、定子径向振动作加速度作为对应子网络的输出量;利用随机森林(RF)算法对特征的重要性进行排序,以此确定网络输出量的关联物理量,并将其作为对应...     

汽轮发电机励磁绕组动态匝间短路故障的定位研究

励磁绕组匝间短路故障是汽轮发电机的频发故障,但现有的方法实现匝间短路定位,尤其是动态匝间短路线圈的定位,还存在一定的困难。为了确定发电机励磁绕组存在动态匝间短路线圈的位置,详细推导了汽轮发电机励磁线圈匝间短路时励磁磁动势、气隙磁密、定子空载电势、定子并联支路间环流等物理量的变化;在考虑电机饱和的基础上,确定了动态匝间短路故障的特征量,提出了故障诊断方法,并进行了仿真和实验研究。研究结果表明,定子空载奇次谐波电势变化量的比值以及并联支路偶次谐波环流比值与励磁线圈匝间短路的位置存在一一对应的关系,据此可确定励磁线圈的短路位置。这种方法不仅可以检测出励磁线圈动态匝间短路的位置,同样也可以检测出静态匝间短路的位置,从而实现励磁线圈匝间短路故障的定位。     

隐极同步发电机励磁绕组匝间短路的多回路电感参数计算

为了对故障中各种电气量进行准确仿真分析以揭示隐极同步发电机励磁绕组匝间短路的故障机理,需要准确计算电机的各种参数,尤其是与发生匝间短路的励磁绕组有关的电感参数.从隐极同步电机分布式励磁绕组在各极下的单个同心式线圈出发,应用气隙磁导的概念和谐波分析的方法计算与单个励磁线圈有关的电感参数,并按照故障的励磁绕组的实际连接情况进行叠加,得到了与励磁绕组各回路有关的多回路参数模型.该模型考虑了励磁绕组故障回路产生的各种谐波磁场的作用,并通过具体算例间接说明了其合理性.将该参数模型用于励磁绕组匝间短路故障的多回路计算,计算结果与样机实验吻合,验证了参数模型的准确性.     

定子绕组匝间短路时发电机电磁转矩分析

对定子绕组匝间短路时发电机的电磁转矩特性进行了研究。分析了在考虑电机振动偏心下，定子绕组匝间短路后同步发电机的气隙磁场变化特征，然后得到内部故障发生前后电磁转矩的变化特征，特别是瞬时转矩中的脉冲转矩分量幅值和频率的变化特征。同时分析了故障后发电机转子励磁电流的故障特征。利用动模实验，实测了1台容量为7.5kV×A的同步发电机不同程度定子绕组匝间短路时的电磁转矩并对其进行了离散傅里叶变换频谱分析，实验分析结果与理论分析基本一致。该结果对于电机瞬时转矩的测量、计算和运行中动态电磁转矩波形的描述具有较高的参考价值。     

同步发电机转子匝间短路故障时励磁电流谐波特性分析

发电机正常运行时，电枢反应磁场与转子同步旋转，转子绕组不会感应附加谐波电流。当发生转子匝间短路故障时，气隙主磁场出现谐波，通过分析各次谐波的电磁特性，得出当谐波次数与发电机极对数满足一定关系时，电枢反应磁场与转子不同步旋转，从而在转子绕组中感应附加谐波电流，并给出谐波频率与气隙主磁场谐波次数、发电机极对数、转子机械转数的关系表达式。实测了MJF-30-6型同步发电机转子匝间短路故障时的励磁电流数据，结果表明，理论分析是正确的。