水轮发电机定子短路故障形式分析及其算法设计

水轮发电机定子内部故障破坏性强,研究有效的主保护配置方案尤为必要,而主保护配置方案的优化设计又以发电机可能发生的内部短路故障形式分析为基础。目前大型水轮发电机定子绕组普遍采用多分支双层波绕或叠绕的结构,文章针对这2种绕组结构,详细分析了发电机内部可能发生的所有故障形式特点,设计了可形成各自故障集的通用算法,并介绍了该算法在三峡左岸Alstom电机(波绕)和柘溪电站扩建工程发电机(叠绕)定子故障形式分析中的应用。     

基于改进EMD算法的永磁同步电机故障特征提取

针对常用时频分析方法的不足,介绍了一种自适应时频分析方法-经验模式分解的基本原理和算法,并对其算法进行了改进。在此基础上,用EMD时频分析方法对永磁同步电机定子绕组匝间短路的电磁转矩信号进行了分析,提取了瞬时频率、幅值等瞬时故障特征,并提出了能量特征向量,为永磁同步电机的故障诊断提供了准确的依据。     

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。     

同步发电机定子绕组内部故障数值分析

对研究发电机内部故障的不同分析方法进行比较, 应用场路耦合法对发电机定予绕组内部故障建模。利用发电机动模实验研究方法,验证该模型的正确性。并基于快速傅里叶变换和小波变换技术,对不同运行工况下同步发电机定子绕组内部匝间短路故障的时频稳态和暂态特性进行相应的数值分析。数值分析结果表明不同励磁条件、不同负载、不同位置的定子绕组内部匝间短路具有不同的电气故障特征,要实现良好的同步发电机定子绕组内部保护必须综合考虑各种影响因素。这给发电机定子绕组的内部故障诊断和保护提供更多的理论和实验依据。同时通过实验分析表明,不同的同步电机发生内部故障时其故障规律可能有所不同。     

水轮发电机定子绕组内部故障稳态电量仿真及其规律探讨

应用多回路理论建立水轮发电机定子绕组内部故障分析的通用数学模型,引入回路关联矩阵减少回路方程总数并自动形成各种故障形式的回路参数,对水轮发电机定子绕组内部故障的稳态性能进行仿真计算,探讨了水轮发电机定子绕组内部故障（如匝间短路,支路间短路等）规律。     

选择性发电机定子单相接地保护方法

在深入分析发电机对地泄漏电流(即3倍中性点侧零序电流与机端出线侧零序电流之差)的基础上,提出了一种通过比较发电机定子单相接地故障时各发电机泄漏电流的大小或方向进行保护的发电机定子接地保护新方法。该方法利用发电机对地泄漏电流的基波分量和3次谐波故障分量,分别判断单相接地点是否在本发电机定子绕组内部,实现100%定子接地保护。EMTP仿真分析表明该保护方法能有效检测定子单相接地故障和准确判断接地故障发电机,适用于各种中性点接地方式,具有鲁棒性强、准确度高等特点。     

基于接地电流的大型发电机定子接地保护及精确定位方法

为避免大型发电机的不合理跳闸对电力系统造成冲击,提出一种基于接地电流的发电机定子接地保护,根据发电机接地后零序等效网络实时计算故障点接地电流,只有当其大于安全允许值时保护才快速跳闸,以保障发电机的安全,否则只发出告警信号。同时,为减少检修工作量、加快故障排除,针对大型发电机定子绕组结构特点,提出一种定子接地故障的自动精确定位方法,可识别出故障相、故障分支和故障匝数。给出了保护和定位方法的具体实现方案,并搭建了发电机定子绕组内部故障仿真模型,仿真分析结果证明了保护方法的可行性以及相比传统保护方法的合理性,并验证了定位方法的精度。     

基于Maxwell 2D的同步发电机定子绕组匝间短路故障研究

定子绕组匝间短路是同步发电机一种很常见的内部故障.该文通过分析推导建立了发电机定子绕组发生匝间短路的故障模型,采用二维有限元方法借助Maxwell 2D软件进行了内部磁场的仿真分析,并利用快速傅里叶变换获得了其端电压故障前后频谱对比分析表,总结了发生匝间短路时的故障特征,为发电机早期的故障预测提供了依据.     

基于免疫算法的无刷励磁发电机旋转整流器故障诊断

在大型发电机的无刷励磁系统中,旋转整流器承受着强大的离心力和电磁作用,故障发生率相对较高。采用旋转整流器故障时交流励磁机旋转电枢产生的谐波磁场在其定子励磁线圈中感应谐波电势的电磁特性,从中提取旋转整流器故障信号波形。运用傅里叶分解故障信号波形,对故障信号波形的特征值进行编码处理,并用免疫算法中的反向选择算法对傅里叶分解后的故障特征值进行计算,完成旋转整流器的故障诊断。利用人工免疫的反向选择算法,对一台15 kW无刷励磁同步发电机旋转整流器的短路与开路故障进行仿真诊断。仿真结果表明,基于免疫系统反向选择机制的人工免疫算法,与傅里叶分解算法相结合,进一步提高了无刷励磁同步发电机旋转整流器故障诊断的准确率,可达95%以上。     

水轮发电机定子内部故障仿真计算研究进展

综述了发电机内部故障仿真分析方法及工程应用情况。阐述了适合于发电机主保护研究的内部故障仿真模型的基本要求,指出发电机内部故障仿真分析方法必须考虑定子实际绕组结构、具体故障位置以及内部非对称短路故障情况下气隙磁场谐波等因素的影响。展望了发电机内部故障仿真及相关领域的下一步研究工作。     

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.     

发电机定子绕组接地故障诊断方法探讨

以诊断一台50 MW双水内冷汽轮发电机定子绕组接地故障为例,探讨发电机定子绕组接地故障的诊断方法.     

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。     

柘溪250 MW水轮发电机主保护配置方案设计

多分支发电机定子绕组形式的差异导致了发电机不同的内部故障形式,主保护配置方案的设计需要针对具体故障集的整体保护效果展开研究,以确定发电机中性点引出方式和主保护配置原则。文章以湖南省柘溪水力发电厂扩建工程中250MW水轮发电机为对象,基于实际内部短路故障集内故障的保护效果分析,确定了主保护配置方案,可作相关工程参考。     

基于多回路理论的同步电机定子绕组内部故障仿真的谐波分析

同步电机定子绕组发生内部电气故障时,气隙磁场中存在很强的空间谐波分量。采用多回路理论进行仿真分析,充分考虑了谐波分量的影响。准确的电感参数计算是多回路分析的基础,采用磁路的气隙磁导分析法计算电机故障后各电感参数,分析了谐波的计入次数对电感参数计算的影响,进一步分析了谐波对定子绕阻内部故障仿真结果的影响,并提出了工程中合理的谐波计算次数,既能保证计算精度,又可以减少计算工作量,从而具有较快的计算速度。通过对仿真波形的分析,得出结论:在进行同步电机定子绕组内部故障的仿真计算中,必须充分计及谐波的影响。     

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。     

An artificial neural network based digital differential protectionscheme for synchronous generator stator winding protection

This paper describes a new artificial neural network (ANN) based digital differential protection scheme for generator stator winding protection. The scheme includes two feedforward neural networks (FNNs). One ANN is used for fault detection and the other is used for internal fault classification. This design uses current samples from the line-side and the neutral-end in addition to samples from the field current. Fundamental and/or second harmonic present in the field current during a fault help the ANN, used for fault detection, to differentiate between generator states (normal, external fault and internal fault states). Results showing the performance of the protection scheme are presented and indicate that it is fast and reliable     

基于数学形态学的发电机定子绕组接地保护的研究

针对常用的发电机定子单相接地保护用于扩大单元接线时不具备选择性的问题,利用数学形态学对信号奇异性的检测功能和滤波特性,提出一种比较故障时机端零序电压和零序电流的突变极性来识别故障的新方法,经大量PSCAD仿真验证该保护方法能有效检测定子单相接地故障和准确判断故障发电机,且与发电机中性点接地方式无关。     

一次与二次结合,共创发电机优化设计新方法

通过3台发电机主保护定量化设计结果的对比,说明在大中型发电机定子绕组的初步设计中应考虑发电机中性点侧的引出方式、实际可能发生的内部故障特点和相应的主保护配置方案。发电机设计(一次)与继电保护(二次)工作的分离,存在发电机安全运行的隐患。只有发电机设计与继电保护密切合作,才有可能完成定子绕组的优化设计。     

同步发电机定子内部故障暂态过程及对保护的影响

利用基于多回路法的凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态过程仿真程序，讨论了定子支路电阻和阻尼支路电阻对故障暂态过程及稳态的影响，分析了同步发电机并网运行时定子绕组故障暂态过程中的单元件横差保护、裂相横差保护、完全纵差保护和不完全纵差保护的灵敏度，认为对于没有制动电流的单元件横差保护灵敏度在暂态过程中得到了提高，但对有制动电流的裂相横差、完全纵差和不完全纵差保护的灵敏度则需要具体分析。