基于负载特性曲线偏移实现转子匝间短路故障诊断的方法

利用励磁电流增幅计算励磁电流是实现汽轮发电机转子匝间短路故障诊断的典型方法,然而传统励磁电流计算方法的精确性往往无法满足诊断的精度要求。本文通过分析转子匝间短路的形成原因和对励磁电流的影响,比较各种励磁电流计算方法的特点和差异,提出了一种基于负载特性曲线偏移的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断方法。该方法通过测量发电机运行电气量,采用ASA相量法计算负载情况下的励磁电流,根据测量的励磁电流对空载特性曲线进行修正,并采用禁忌搜索算法计算运行工作点,拟合得到偏移负载特性曲线。采用偏移负载特性曲线分别对正常工作和转子匝间短路故障的发电机进行励磁电流二次计算,将得到的励磁电流计算结果与实际值进行比较。以一台600MW汽轮发电机为实例进行试验,结果发现,在非匝间短路故障时,其励磁电流计算结果与实际值基本一致,匝间短路故障时故障特征明显,从而验证了该方法的正确性。     

发电机转子绕组匝间短路的故障分析

转子绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、转子振动加剧等不良影响,如不及时处理会给机组的安全运行带来巨大威胁,而解决这一问题必须先解决发电机转子绕组匝间短路的故障分析.针对某型隐极式同步发电机,应用交流电机的多回路理论,建立了该型发电机转子绕组匝间短路故障时的数学模型,并计算了与模型有关的所有回路电感参数.通过仿真和试验结果的对比验证了该方法的有效性,可准确计算故障时的电流等电气量,为发电机转子绕组匝间短路时的故障分析奠定了基础.     

Online diagnosis of interturn short circuit for large turbine generator's rotor

分析汽轮发电机转子匝间短路故障后其振动与励磁电流的关系,从理论上证明了发电机转子发生匝间短路故障后,转子的异常振动与励磁电流之间必然存在正相关的关系.依据此特征,可在不干扰发电机正常运行的情况下,仅通过分析发电厂分布式控制系统(DCS)中现有的转子振动与励磁电流的关系曲线,就可对发电机转子进行匝间短路故障的在线诊断.该诊断方法简化了转子匝间短路故障的分析与诊断,并使得用户可自行判断转子是否存在匝间短路故障.     

大型汽轮发电机转子匝间短路故障在线诊断方法

分析汽轮发电机转子匝间短路故障后其振动与励磁电流的关系,从理论上证明了发电机转子发生匝间短路故障后,转子的异常振动与励磁电流之间必然存在正相关的关系。依据此特征,可在不干扰发电机正常运行的情况下,仅通过分析发电厂分布式控制系统(DCS)中现有的转子振动与励磁电流的关系曲线,就可对发电机转子进行匝间短路故障的在线诊断。该诊断方法简化了转子匝间短路故障的分析与诊断,并使得用户可自行判断转子是否存在匝间短路故障。     

无分支电流互感器的同步发电机转子匝间短路监测方法

转子绕组匝间短路是大型汽轮发电机时常发生的电气故障,故障恶化将严重影响发电机的正常安全运行。由于中国绝大多数的大型汽轮发电机不具备分支电流互感器的安装条件,基于定子不平衡电流有效值的故障监测原理应用受到了局限。为此,本文提出一种适用于无分支电流互感器的同步发电机转子绕组匝间短路故障监测方法,该方法依据故障前后励磁磁动势的变化形成故障监测判据。在对实际励磁磁动势的计算中,仅需用到发电机的定子漏抗参数及空载特性曲线,计算精度受发电机运行方式影响较小。通过一台1对极12kW隐极发电机模拟样机的实验验证了监测方法的有效性,该方法同样适用于转子两点接地保护。     

转子匝间短路时汽轮发电机不平衡特性的分析

针对汽轮发电机转子匝间短路故障难以早期识别的问题,理论分析了该故障引起的定子并联支路不平衡电压和转子不平衡电磁力。通过有限元分析软件Ansoft建立了一台发电机的二维瞬态模型,并应用此模型进行仿真计算,得到正常和几种不同转子匝间短路故障情况下的不平衡电压曲线,并利用麦克斯韦应力张量法得到以上各种情况下的不平衡电磁力曲线。对各条曲线进行比较和频谱分析,得到不平衡特性与槽内短路位置、槽内短路匝数和故障槽位置之间的关系,为该故障的识别甚至定位提供了有力的依据。     

水轮发电机定子绕组内部故障暂态电流研究

针对于水轮发电机定子绕组内部故障暂态电流的计算问题,采用场路耦合法对该问题进行了详细的分析。以SF600-42/1308水轮发电机为研究对象,在单机空载状态下,计算了突然发生单相、两相和三相短路故障的故障电流,并与经典的解析公式法进行了对比验证;在发电机带三相对称的阻性负载状态下,分析了发生匝间短路、同相支路间短路和相间短路故障的暂态过程。并研究了各故障电流随短路匝比的变化规律,分析得出故障发生的时刻和故障点的空间位置对各电流量数值具有较大的影响。并对3种类型的内部故障进行了比较,为水轮发电机组配置良好的主保护方案提供理论支持。     

基于电流波动特征的永磁同步电机匝间短路与局部退磁故障分类诊断研究

针对永磁同步电机匝间短路故障与局部退磁故障难以区分的问题,该文提出一种基于电机同相与异相电流幅值波动特征的故障分类诊断方法。在分析定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障对电流幅值影响机理的基础上,分别提取转子旋转一周内同相电流幅值波动特征和异相电流幅值之间的波动特征,建立了故障分类诊断指示器。仿真与实验结果表明,该指示器可有效识别定子绕组匝间短路故障与转子局部退磁故障。该文提出的方法可直接嵌入永磁同步电机控制软件,不需要增加额外的传感设备,具有较好的实用价值。     

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.     

在线检测汽轮发电机转子匝间短路故障方法研究

摘要： 通过对汽轮发电机转子匝间短路故障的机理分析，特别是对其电磁特性分析，确立了匝间短路故障严重程度和有效磁场损失之间的定性对应关系。在考虑磁场饱和的条件下，建立了转子匝间短路故障诊断数学模型，通过计算有效磁场损失导致的发电机电气参数变化，特别是对无功输出的影响，建立在线识别转子匝间短路故障的判据，并采用现场匝间短路故障记录数据加以验证。     

核电站控制棒电源系统相复励发电机短路故障的解析计算

针对核电站控制棒电源系统,现有保护仅采用以额定电流为定值的定时限过流保护作为短路后备保护,导致该系统已发生多起过流保护抢先动作与失磁保护失配的事件。解决保护失配问题的关键在于对控制棒电源系统发电机短路故障电流的准确解析,解析重点在于考虑发电机实际采用的相复励无刷励磁方式对故障电流的影响,而相复励励磁电流由并励电压对应的励磁分量和复励电流对应的励磁分量合成产生。经过合理的假设与模型简化,结合发电机基本方程和励磁系统数学模型,推导得到了并励电压分量作用下的三相短路电流。引入复励电流分量作用,根据励磁电流变化对短路电流进行修正,得到了包含暂态分量和稳态分量的相复励发电机三相短路电流时域解析表达式。由正序等效定则扩展得到两相短路电流的时域解析表达式。基于PSCAD/EMTDC平台建立了控制棒电源系统电磁暂态模型,对理论分析结果进行了验证,进一步对保护优化方法进行了讨论。     

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。     

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...     

电厂电气总起动试验中励磁系统相关问题探讨

励磁系统贯穿发电厂电气总起动始终,励磁系统试验一定程度决定了电气总起动的成败。就电气总起动试验中的励磁变准备、发电机短路、发电机空载、励磁调节器空载以及模型参数测试等试验工作,分别阐述在总起动试验过程中励磁系统的一些注意事项及经验。     

磁极极尖部饱和度对谐波励磁同步发电机谐波空载特性的影响

对谐波励磁同步发电机空载磁场进行大量有限元计算,应用齿磁通法对电磁场的计算结果进行后处理,得出了谐波绕组空载特性曲线.比较计算结果与实验结果,说明了该方法的正确性.基于该方法,分析了转子磁极极尖部的饱和度对谐波励磁同步发电机谐波空载特性的影响,并得出了一些有用的结论.     

基于励磁阶跃法的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断

对转子绕组匝间短路故障的快速、准确检测可以缩短故障处理时间,降低停机成本。首先分析了匝间短路对励磁回路暂态阻抗参数的影响,预测当发电机出现转子绕组匝间短路后,在阶跃电压作用下,励磁电流的上升速度将变快。为了验证该设想,利用有限元分析软件建立了一台300WM汽轮发电机的仿真模型,对比了短路程度、短路位置对阶跃励磁电压作用下的励磁电流上升速度的影响,同时研究了被短路回路电流、阻尼电流以及定子绕组并联支路环流的变化规律。仿真结果验证了理论分析的正确性,最终提出了一种新型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障检测方法。     

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...     

基于微分域电流过零点偏移特征的电抗器匝间保护新方法

以中性点不带小电抗的高压并联电抗器为研究对象,在分析电抗器空投励磁涌流特征的基础上,指出了并联电抗器不带中性点小电抗时涌流会更加严重,是引起匝间保护误动的主要原因。分析了并联电抗器空投饱和的机理,指出了电抗器绕组磁通饱和后微分域相电流过零点前后采样峰值间距会发生偏移,在此基础上提出一种基于微分域电流过零点偏移特征的电抗器匝间保护新方法。利用工频特征下相电流过零点前后峰值间距与微分域相电流过零点前后采样峰值间距的偏移程度,结合相电流线性区内各时刻电感的均方根值与额定电感之间的特征关系来识别电抗器空投饱和与匝间故障,若识别为电抗器空投饱和则闭锁匝间保护,若识别为匝间故障则经短延时开放匝间保护。仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

9MW海上用半直驱永磁风力发电机电磁特性分析

随着海上用风力发电装机容量的不断增加,大功率永磁风力发电机正成为各国的研发热点。本文针对海上用大功率半直驱永磁风力发电机,进行了电磁设计,并对设计参数进行了详细的分析,包括空载特性、齿槽转矩、负载特性、损耗特性等。同时,针对大功率风力发电机相间突发短故障状态进行了研究,对突发一相短路、两相短路、三相短路下的电压、电流以及永磁体磁场强度等特性进行了分析,保证在突发相间短路下,永磁风力发电机的可靠性。基于以上分析,加工了两台9MW的永磁风力发电机,通过样机的对拖实验对理论分析进行了验证,同时证明了该样机具有良好的电磁特性,为海上用大功率永磁风力发电机的设计与发展提供了有价值的参考。