凸极同步发电机定子内部故障的暂态规律探讨

为了准确评价和在实际中选用适当的保护方案,需要揭示凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态运行特征及瞬态过程中各个故障量的变化规律。文中通过真机实验,验证了以多回路理论为依据编制的凸极同步发电机定子绕组内部故障仿真程序的正确性。依据该仿真程序的计算结果,对空载下发生绕组匝间内部故障时的电流瞬态量和稳态量的变化规律进行了探讨,说明绕组的空间分布、连接方式、发生故障的空间位置以及不同的故障瞬间对故障量都有影响,因此要综合考虑这些因素的作用。     

凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态计算及有关保护方案的分析

运用多回路分析方法,建立了凸极同步发电机定子绕组内部故障的数学模型,并编制了仿真程序,可以对凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态和稳态过程进行仿真;通过对仿真结果与实验结果的比较,验证了数学模型的正确性。依据仿真结果,计算了不同内部故障下各种保护方案的灵敏度,说明用瞬态基波分量校验的保护灵敏度比用稳态基波分量校验的灵敏度提高了。     

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。     

隐极发电机励磁绕组匝间短路故障定位及短路匝数估算

为实现对发电机励磁绕组匝间短路故障的在线检测与保护,以一台12kW、3对极隐极同步发电机为例,采用多回路法对该样机负载运行时发生的励磁绕组匝间短路故障进行计算,并与实验进行了对比分析;基于计算与实验结果,分别探讨了分布式励磁绕组的故障位置及短路匝数对故障特征量的影响;在此基础上,提出利用定子分支谐波电流进行故障定位及短路匝数估算的新方法,为隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线检测与保护方案设计奠定了理论基础。     

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。     

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.     

基于R/S分析和小波变换的同步发电机定子绕组匝间短路故障分析

同步发电机定子绕组匝间短路故障是一种常见的、破坏性很强的故障,对发电机、电厂乃至电网的安全运行都将带来一系列严重的影响,有效的判断出该故障是否发生具有十分重要的意义.然而同步发电机定子绕组匝间短路故障识别一直是一个难点.本文尝试应用一种新的方法--R/S分析和小波变换对同步发电机定子内部绕组匝间短路故障进行分析.针对定子绕组内谮部匝间短路故障时引起相电压、相电流中谐波分量变化的特点,应用小波变换多分辨分析的特性,分析短路故障采样信号,并采用分形行几何中的重标度级差法分析计算相应尺度下的分形维数,提取匝间短路故障的特征量.该方法为同步发电机定子绕组匝间短路故障诊断提供了新的思路.     

同步电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应仿真分析

为了得到同步发电机定子绕组匝间短路前后的温度及力学响应特征,实现设备的早期维护,文章以一台凸极同步发电机为例搭建“场-路”耦合模型,分析了同步发电机定子匝间短路的电流、电压、损耗及绕组电磁力的分布规律,并将结果导入Workbench仿真平台,利用“电磁-热”、“电磁-结构”耦合方法求取了同步发电机故障前后的温度及力学响应(总体变形、等效应变与等效应力)变化特征。分析得到故障后电机定子绕组的温升已对附近槽绕组温度产生了影响,受力及易形变部位集中在定子端部绕组以及端部绕组与直线段连接的部分。文章为同步发电机的预防性绝缘制造以及定子绕组匝间短路故障检测和诊断技术提供了依据。     

水轮发电机定子绕组内部故障电气量计算与保护方案分析系统

章叙述了新开发的水轮发电机定子绕组内部故障电量计算与保护方案分析系统,该系统能方便地对任意尺寸、槽数、极对数、绕组形式以及不同中性点连接方式的大型水轮发电机进行各种内部故障（如匝间短路、支路间短路、开焊故障等）进行稳态电量的计算,同时能对内部故障保护方案如单元件横差、不完全差动、裂相横差等保护的灵敏度进行分析校核,并能给出保护方案的最佳ＣＴ组合。该系统可广泛应用于大型水轮发电机定子绕组内部故障分     

变频凸极同步电动机阻尼条断裂故障分析

凸极同步电机的阻尼条断裂故障时有发生,而变频凸极同步电动机常用于轧钢等恶劣情况,阻尼条频繁受到起、停和突加负载的冲击,其阻尼系统故障更加频繁。本文以本钢变频凸极同步电动机为例,采用场路耦合时变电磁场有限元方法,分析转子静态偏心时阻尼条的电流和电磁力。计算结果表明,转子偏心使阻尼条的电流和电磁力剧增,这可能是导致阻尼条断裂的一个原因。     

凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证

同步发电机定子绕组内部故障分析是一个十分复杂而重要的问题。文中在建立同步发电机定子绕组内部故障暂态计算模型时采用通用支路电压矩阵方程来建立回路电流方程，具有简洁、通用性强的特点。利用多回路理论着重对同步发电机带载时定子绕组内部故障暂态全过程进行了仿真计算，并与试验录波波形进行了对比，结果表明这种仿真方法能够准确地模拟同步发电机故障暂态过程。文中还分析了影响暂态过程仿真精度的因素，认为铁心局部饱和、铁心剩磁、转速变化及回路电阻变化是产生仿真误差的重要原因。     

电励磁双凸极发电机偏心特性研究

针对电励磁双凸极发电机静态偏心故障,首先对于发电机的气隙长度进行了等效解析建模,并对静偏心程度与磁链、电磁转矩以及气隙磁密等重要特性的关系进行了理论推导。然后,通过Ansys有限元建立12/8三相电励磁双凸极发电机的2D有限元模型,并对电磁信号理论分析结果进行验证。最后,利用Workbench中耦合电磁、模态与谐响应分析模块对发电机的径向振动信号进行有限元仿真。研究结果表明,仿真结果与理论分析结果基本吻合,证明静偏心故障中偏心率对于电励磁双凸极发电机性能具有一定的影响,为后续其静偏心故障诊断提供理论基础。     

凸极同步电机V形曲线的解析计算

同步电机V形曲线能表明同步电机在大电网上运行时如何合理地调节电机的无功功率输出,是同步电机的重要运行特性曲线。已有文献的理论分析和推导大都限于隐极同步电机,对凸极同步电机V形曲线的理论分析推导较少。对凸极同步电机应用其功角方程和稳定条件,通过求解关于sin2q和sinq的3次方程的方法,分别就凸极同步电机稳定极限、功率因数、功率角的计算进行分析,得到了凸极同步电机V形曲线的解析表达式以及同步电机在cosj为定值时IM关于If的解析公式。利用计算机的高速运算能力可以迅速获得V形曲线。该方法可以推广到隐极同步电机。     

发电机失磁保护的原理及整定计算

发电机失磁具有两大特征:发电机电势降低和导致静稳破坏.电势降低通常以系统电压或发电机机端电压降低来判断.静稳破坏的定子判据用静稳临界阻抗;转子判据用有功功率与转子电压的关系,对隐极机静稳临界阻抗是圆,UL-P是直线,对凸极机静稳临界阻抗不是圆,UL-P不是直线.分析了凸极机静稳临界曲线的凹凸性,证明了用圆拟合静稳临界曲线优于直线拟合.为了提高发电机电势降低判据的灵敏度,防止系统振荡造成的误动作,提出了发电机低电势判据.静稳阻抗和低电势阻抗采用正序阻抗,能有效地防止外部短路造成的误动作.在分析推导的过程中,给出了整定计算的公式和方法.     

凸极二轴励磁同步电机励磁电流的折算和气隙磁密的确定

根据磁场等效原理,推导了凸极二轴励磁同步电机励磁电流的折算系数,然后阐述了利用磁路计算方法确定其空载和负载气隙磁密的方法。励磁电流的折算和气隙磁密的确定是设计凸极二轴励磁同步电机所必需的。     

发电机匝间保护与负序功率方向元件

在采用纵向零序电压的方式来反映发电机的匝间短路故障时,为防止电压互感器(TV)断线误动作,采用TV断线闭锁逻辑。然而由于某些保护制造厂逻辑功能软件的不严密,在发电机TV一次断线时,匝间保护时常发生误动作。提出增加用负序功率方向元件来进行判断内外部故障,可以有效防止匝间保护误动作。     

干式空心电抗器匝间过电压试验技术研究

干式空心电抗器匝间过电压试验已经被诸多标准所认可。为了保证标准实施,需要有满足标准要求的试验设备。笔者对这种干式空心电抗器匝间过电压试验设备进行了研制与试验研究,发现由于球隙在重复放电条件下自然放电电压下降,按照标准推荐的电路不能在电抗器上得到幅值稳定的脉冲振荡电压波形。采用可控放电球隙对电路进行改进解决了这一问题。对在不同位置模拟短路故障的电抗器匝间过电压试验结果证明研制的设备可以通过振荡电压波形对比来辨别匝间短路故障。研究结果表明:匝间过电压试验电路采用可控放电球隙是必要的,建议标准推荐。     

Synchronous machine parameter identification by various excitation signals

This paper presents the results of a time-domain identification procedure to estimate the linear parameters of a salient-pole synchronous machine at standstill. In this study, several input signals are used to identify the model structure and parameters of a salient-pole synchronous machine. The procedure consists to define, to conduct the standstill tests and also to identify the model structure. The signals used for identification are the different excitation voltages at standstill and the flowing current in different windings. We identify the parameters of operational impedances, in other words the reactances and time constants. The tests were carried out on synchronous machine of 1.5 kVA/380 V/1500 rpm.     

基于磁场探测法的电抗器匝间短路故障检测法的研究与应用

干式空芯电抗器匝间短路故障发生概率大,若不及时排除,会造成严重的后果,而常用的传统检测方法存在准确度和灵敏度不足的问题。针对此问题,文中提出了一种基于磁场探测法的电抗器匝间短路故障检测方法,首先通过滑动均值平滑采样数据,再根据误差限阈控制模型判断是否发生匝间故障,实现电抗器匝间短路故障在初期和发展期的在线监控和及时准确的故障预警。工程实例验证表明:文中所提出的方法相较于传统方法,信号强度增强了50~100倍;同时,所提出方法对于是否发生匝间故障具有良好的可靠性和稳定性。综上所述,文中方法可应用于工程实际,具有广泛的推广应用价值。