在线检测发电机转子绕组匝间短路的新方法

针对转子绕组匝间短路故障频发的现场实际情况,首先分析了隐极同步电机转子绕组匝间短路后励磁磁势的变化,采用气隙磁导法分析了电机气隙磁场,指出转子匝间短路故障使电机气隙磁场不对称,从而产生不均衡的磁拉力。由力的相互作用原理可知,该磁拉力不仅作用于转子,改变转子基频振动,同时还影响定子铁心的振动。随后对不平衡磁拉力引发的定子铁心的振动模态进行了分析,得出了转子匝间短路后定子铁心基频振动幅值增大的结论。最后在MJF-30-6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路模拟实验,实验结果表明,可以通过定子铁心基频振动诊断隐极同步电机转子匝间短路故障。     

汽轮发电机转子工频振动的原因分析与诊断

分析并总结了汽轮发电机气隙偏心、励磁绕组匝间短路、转子冷却风道局部堵塞、励磁绕组与转子本体及护环不对称摩擦力、定转子碰摩、转子支撑系统连接松动、机械不平衡故障时,汽轮发电机转子振动特性和发电机电磁特性,为现场发电机工频振动诊断提供了分析判断的思路和方法。     

机电复合故障下汽轮发电机转子振动特性分析

针对汽轮发电机机械、电气故障间的交叉影响,采用气隙磁导法建立了发电机气隙磁场模型,分析了多种故障引起的作用于转子的不平衡力以及机电复合故障状态下的转子振动特征。数值仿真表明:转子绕组匝间短路故障与转子基频振动幅值间并不是单一的对应关系。最终得出结论:同时参考振幅和相位信息诊断转子绕组匝间短路故障有助于提高诊断转子绕组匝间短路故障的灵敏性和可靠性。     

同步调相机极限工况下典型磁场不对称故障安全风险

同步调相机典型磁场不对称故障下,由强励所形成的不平衡力和跳机风险升高。首先,分析转子动偏心和转子绕组匝间短路等典型故障对调相机磁场的影响机理;然后,借助气隙磁导法推导得到转子承受的不平衡磁拉力表达式,分析强励对不平衡电磁力的影响规律;最后,在一台大型同步电机上进行有限元电磁暂态仿真,模拟动偏心和转子绕组匝间短路故障,分别在调相正常励磁和强励工况下提取了转子所受不平衡电磁力,评估机组在强励状态下发生跳机的可能性。结果表明,强励状态下,调相机组由动偏心故障产生的不平衡磁拉力不会引起机组的剧烈振动,而转子匝间短路故障产生了较大的不平衡磁拉力,可能导致机组跳机。     

汽轮发电机转子严重匝间短路不平衡 振动特性分析及检测方法

本文通过分析汽轮发电机励磁绕组发生严重匝间短路时不平衡电磁力的特性,确定了该运行工况下转子振动的特征,分析励磁绕组严重匝间短路与其他原因导致转子振动特征的差异,提出一种基于转子不平衡振动特性的励磁绕组严重匝间短路的检测方法。最后以某300 MW汽轮发电机组励磁绕组严重匝间短路为例,验证了检测方法的有效性。     

汽轮发电机转子绕组短路产生的不平衡磁拉力研究

针对转子绕组匝间短路故障产生的不平衡磁拉力进行了分析,同时采用解析和数值两种方法计算了不平衡磁拉力,分析了不平衡磁拉力与发电机运行状态间的关系。对比分析表明:无论空载还是负载条件下解析方法计算的磁拉力都具有较大的偏差,数值计算方法考虑了饱和、磁场扭斜、高次谐波以及结构等因素的影响,计算结果更准确、可靠。在发电机发出有功功率保持恒定时,不平衡磁拉力不总是随着励磁电流的增加而增大,故利用励磁电流增大造成的转子振幅增大判断转子绕组匝间短路故障的方法只能在一定范围内有效,相对而言,空载升励磁实验更适合转子绕组匝间短路故障的快速诊断。     

极端不利工况下汽轮发电机励磁绕组短路故障危害性评估

针对存在励磁绕组匝间短路故障的汽轮发电机组,分析了励磁绕组匝间短路故障对汽轮发电机主磁场中相关谐波含量的影响,指出了强励极端工况下造成的发电机气隙磁场畸变程度更为严重.随后以一台300 MW汽轮发电机为例,通过有限元电磁暂态仿真,分别在发电机空载工况和额定负载工况下模拟了不同程度的励磁绕组匝间短路故障,分析了空载误强励、额定负载误强励以及电网不同程度三相短路引起的强励等三种典型工况的定子绕组环流和不平衡磁拉力,确定了对发电机危害最大的强励状态.该研究可以为带病运行的汽轮发电机提供安全风险评估和维修决策支持,也反映出安装高灵敏度的励磁绕组匝间短路在线监测装置的必要性.     

基于励磁磁动势差值的汽轮发电机转子匝间短路在线识别方法

汽轮发电机转子绕组发生匝间短路时会引起励磁磁动势缺失,但在励磁系统恒压闭环调节作用下,励磁电流将增大以补偿励磁磁动势缺额。分析了汽轮发电机转子匝间短路故障时励磁磁动势变化特征,以故障后由励磁电流计算得的"视在"励磁磁动势大于发电机当前工况下所需的励磁磁动势为理论依据,提出了基于励磁磁动势差值的转子匝间短路在线识别方法。试验结果表明了采用所提方法可有效在线识别转子匝间短路故障。     

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。     

定子绕组匝间短路时转子不平衡径向磁拉力

以1台1 250 MW的汽轮发电机为例,建立了该汽轮发电机的有限元分析模型。利用有限元法对该电机发生定子绕组同相同分支和同相异分支间短路进行了详细分析。分别研究了两种短路情况下,转子受到的不平衡径向电磁拉力随短路匝数(匝比)和短路点位置的变化规律。研究表明:定子绕组匝间短路情况下,径向振动的大小由不平衡径向电磁拉力决定;不平衡径向电磁拉力幅值的大小不仅受气隙磁密大小的影响,还与不同对极下气隙磁密的对称程度相关密切。     

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。     

汽轮发电机转子匝间短路多物理场耦合分析

汽轮发电机转子绕组匝间短路是其常见故障之一,可能会导致转子异常振动,危及电机和系统的安全。以华能中原燃机电厂的THDF 108/53型汽轮发电机为研究对象,建立发电机有限元模型,进行“电磁-结构”的耦合分析。基于Workbench有限元仿真平台仿真并分析了汽轮发电机正常额定运行情况、转子绕组不同位置发生匝间短路故障时的电磁场以及不平衡电磁力的特性,得到故障情况下绕组的易变形部位和受力情况。论文成果对于实际机组转子绕组的绝缘磨损规律解析与绝缘破坏预防提供了理论参考和依据。     

大型汽轮发电机转子匝间短路故障的诊断及定位

针对目前大型汽轮发电机的转子匝间短路故障频发,但发电机转子故障的在线检测方法存在易受现场干扰误报,无法对故障点做出定位等缺点,以一起700 MW的大型汽轮发电机跳机事故为案例,应用两极电压平衡原理,基于两极结构对称分布特性的直流电压分布试验方法,对发电机转子绕组的匝间短路故障进行故障诊断和定位分析,结果表明,该方法可以对发电机转子励磁绕组匝间短路故障进行精确定位。     

不同励磁模式下的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障特征分析

转子绕组匝间短路是汽轮发电机常见故障之一,早期的准确检测对电力系统的安全稳定运行具有重要意义。利用Ansoft与Simplorer软件建立同步发电机转子绕组匝间短路故障的联合仿真模型,分别在恒励磁电流和恒励磁电压两种励磁模式下,得到转子绕组匝间短路时发电机各特征量的变化规律。通过比较,分析不同励磁模式下转子绕组匝间短路时不同的故障特征,为自动电压控制(AVC)励磁调节模式下发电机转子绕组匝间短路故障的分析和诊断奠定基础。     

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。     

转子绕组匝间短路对发电机转子电磁转矩影响分析

针对发电机转子绕组匝间短路故障时的电磁转矩特性进行了理论分析和实验研究.首先分析了转子绕组匝间短路后气隙磁场变化特征,计算得到气隙磁势、气隙磁导和气隙磁场能量表达式,然后利用虚位移原理,推导得到了电磁转矩的理论计算公式,并通过比较故障前后电磁转矩的变化,以及考虑振动偏心和不考虑振动偏心的电磁转矩变化,最终得到了发电机转子绕组匝间短路时作用于转子的电磁转矩的变化规律.并实测了SDF-9型一对极故障模拟发电机和MJF -30 -6型三对极故障模拟发电机转子绕组匝间短路时的电磁转矩,与理论分析结果基本吻合.     

基于端部漏磁特征频率的汽轮发电机转子匝间短路故障诊断实验研究

为避免汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障可能带来的恶性故障和严重经济损失,本文研究了通过端部漏磁通在线检测转子绕组匝间短路故障的方法.文中分析了汽轮发电机的静止不对称对径向主磁场的致畸作用,部分磁通沿转轴、端盖和轴承等部件形成端部闭合回路.匝间短路故障后发电机气隙磁动势中出现了新的谐波成分,端部漏磁通产生对应的故障特征分量.为了证实研究结论,在MJF-30-6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路故障模拟实验,在不同短路程度下分析了发电机端部漏磁通变化规律.结果表明:短路程度越严重,特征分量总有效值增大越明显,与理论预期基本吻合.研究结论为在线检测汽轮发电机的转子绕组匝间短路故障提供了新的解决思路.     

定子绕组匝间短路对发电机定转子径向振动特性的影响

分析了定子绕组匝间短路故障时发电机定转子径向振动特性，首先分析定子绕组匝间短路后气隙磁场变化特征，计算得到气隙磁密、气隙磁导和气隙磁场能量的表达式，然后得到作用于转子的不平衡电磁力特性和作用于定子的脉振电磁力特性，最终得到定转子径向振动特征。并实测了MJF-30-6型模拟发电机定子绕组匝间短路时定转子径向振动信号，与理论分析结果基本吻合。另一方面也揭示了诸如绕组短路的电气故障与发电机机械振动之间的关系，指出了发电机径向振动特征与发电机电参数一样，也可作为诊断发电机绕组故障的依据。     

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.     

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...