新型同步调相机转子匝间短路故障定位研究

转子绕组匝间短路故障是新型同步调相机的一种典型故障，对调相机长期运行和电网稳定都有严重影响，为保障新型同步调相机高可靠稳定运行，文中提出了一种转子绕组匝间短路故障在线诊断与定位的方法。文中从故障导致的气隙磁场磁动势畸变出发，推导出定子同相双支路将产生偶次谐波环流现象，通过对支路环流进行傅里叶分析，提取谐波中的明显特征量。通过对此特征量进行分析，文中得出该特征量的大小仅与故障所在转子上的空间位置有关，而与故障匝数无关的结论，最终通过查表的方式来实现故障诊断与定位。文中基于已规模投入使用的TTS-300-2型新型同步调相机开发了有限元软件的仿真模型，搭建了基于新型调相机的模拟机实验平台。仿真与实验的的结果验证了利用支路环流谐波进行转子匝间短路故障定位的有效性。     

大型同步调相机转子故障温度场分析

随着特高压交直流输电的发展,同步调相机以其快速动态响应能力重新受到关注,同步调相机的安全运行关乎电网的稳定性。论文以TTS-300-2型双水内冷同步调相机为研究对象,建立了其转子三维模型,计算并分析了转子不同负荷下、同一位置不同水路堵塞程度时的转子三维温度场,转子匝间短路和水路堵塞同时存在时的温度场以及转子水路堵塞时的热应力情况,评估故障产生的影响和同步调相机带病运行能力。结果表明,不同负荷下转子温度场分布相似;转子出现故障会导致温度分布不平衡;单个槽内堵塞匝越多,转子温度场畸变越明显;且随堵塞程度的增加,转子热应力随之增加。     

新型同步调相机匝间短路故障机理分析

随着新型同步调相机大规模投入运行,调相机的安全问题逐渐凸显。绕组匝间短路故障是调相机1种典型故障,对调相机长期运行和电网稳定都有严重影响。该文从两种故障发生后对气隙磁场磁动势的影响出发,建立转子总电流、定子绕组相电流、支路电流及电磁转矩的统一数学表征,从幅值、相位、谐波含量等多方面对两种故障进行深入的对比分析,揭示新型同步调相机绕组匝间短路故障机理。该文基于已投入使用的TTS-300-2型新型同步调相机,开发有限元软件的仿真程序,搭建调相机模拟机的实验平台。理论分析结果分别得到了仿真与实验结果的验证。     

调相机故障诊断及研究进展

同步调相机因其优秀的无功响应能力逐渐成为直流特高压（UHVDC）输电系统无功补偿设备的最优选择。新型同步调相机在使用过程中,不可避免地会出现各种故障,如绕组匝间短路故障、转子偏心故障和轴承故障等。但目前对同步调相机的故障诊断研究仍然较少。因此,本文对同步调相机的定子绕组匝间短路故障、转子绕组匝间短路故障、转子偏心故障、水路堵塞故障和轴承故障等的产生原因、故障特征和诊断方法进行了总结,并分析了各种故障诊断方法的特点,指出了同步调相机故障诊断领域存在的挑战和发展趋势。     

同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断

为了研究同步调相机定子绕组匝间短路故障,提出一种基于瞬时功率偶数次谐波的故障诊断方法.该方法以瞬时功率为研究对象,首先理论推导出该量在定子绕组匝间短路故障后的故障特征频率,并以一台TTS-300-2型同步调相机为例,利用有限元分析平台建立定子绕组匝间短路仿真模型.其次,利用实验室小型同步电机模拟调相机运行,比较不同故障...     

一种新型同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断方法

同步调相机在电网中的运行时间较短,有关其故障特性和诊断方法的研究仍十分欠缺,因此文中提出一种基于支路电流相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障诊断方法.该方法充分考虑了定子绕组匝间短路故障后故障绕组与同支路非故障绕组及其他非故障支路绕组间的互感,并在此基础上理论推导出故障相支路电流间的相位差.以一台TTS-300-2型同步调相机为例,利用有限元平台建立定子绕组匝间短路场路耦合仿真模型.结果表明:当调相机发生定子绕组匝间短路故障后,故障相支路电流间的相位差将会明显上升,并随着故障严重程度的加深而增大,且该特征基本不受故障位置和无功功率变化的影响.因此,支路电流相位差可以作为诊断同步调相机定子绕组匝间短路故障的有效依据.     

基于相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障定位方法EI北大核心CSCD

为了改善同步调相机机组的运维效率,提出一种基于相位差的同步调相机定子绕组匝间短路故障定位方法。首先,在线获取三相电流的相位、零序电压基波分量的幅值及相位。如果零序电压基波分量的幅值超过阈值,则认为定子绕组发生匝间短路。为了进一步实现故障相的定位,将零序电压基波分量相位分别与三相电流相位进行比较,获得3组相位差,则匝间短路故障发生在3组相位差中最小值所属相的定子绕组中,从而实现故障定位。为了验证所提方法的准确性和有效性,分别基于TTS-300-2型同步调相机和小型电励磁同步电机搭建相应的仿真模型和实验平台,进行仿真与实验验证。实验结果表明:利用零序电压基波幅值可以诊断同步调相机是否发生匝间短路故障,利用零序电压基波与各相定子电流基波间的相位差可以实现故障定位。     

同步调相机接入对电网特性影响分析

随着内蒙古电网高比例新能源的不断接入,系统动态无功相对不足问题日渐凸显,以新增的白音华负荷项目及配套电厂为算例,在白音华电厂配置一台同步调相机,仿真分析系统暂态电压稳定水平、白音华变电站带负荷能力和短路电流影响。结果表明,增设白音华调相机对暂态电压稳定问题能够起到积极作用,故障时可及时提供无功电压支撑和一定的短路容量,提升白音华变电站带负荷能力。     

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。     

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...     

隐极同步发电机转子匝间短路时转子不平衡磁拉力特征分析

考虑到转子匝间短路会在定子回路产生与极对数和定子绕组形式有关的偶数次和分数次不平衡电流分量,首先基于不平衡电流谐波分量产生的各次谐波磁动势,推导了转子在定子直角坐标系中不平衡磁拉力(UMP)的表达式,并根据故障时定、转子磁动势的特点,得到了故障后UMP的频率分量表达形式,形成了一套完整的故障时UMP特征分析方法。用该方法对不同极对数的隐极发电机样机转子匝间短路故障进行了分析,并通过基于ANSOFT软件的场路耦合计算得到了故障中转子电磁力的数值结果。仿真结果符合理论分析的UMP特征,验证了所提出的转子受力分析方法的正确性。理论分析与仿真结果均表明,不同极对数和定子绕组形式的发电机故障时转子UMP的谐波特征不同,为机电信息融合的转子匝间短路故障监测奠定了基础。     

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...     

同步发电机转子匝间短路故障监测方案及其灵敏性分析

基于主保护不平衡电流有效值的同步发电机励磁绕组匝间短路监测原理解决了依靠单一谐波检测所带来的一系列问题,能够最大限度地提取故障特征量。通过仿真计算,分析了该监测方法对三峡及彭水发电机的灵敏性,并结合实测录波数据分析了影响灵敏性的因素。在此基础上,提出一种考虑固有不平衡电流影响的监测方案,通过移相叠加消除了稳态不平衡电流中的非故障特征分量,进一步提高了监测灵敏性。最后对监测方案的防误判措施、两段式定值整定原则及浮动门槛式动作特性进行了讨论。基于该方案研制的在线监测装置已应用于浙江新安江水电站。     

考虑气隙偏心时发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响

针对同步发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响进行理论推导分析、计算机数值仿真和动模实验验证。首先,对发电机气隙偏心单故障和气隙偏心与定子匝间短路复合故障下的电磁转矩表达式进行推导,分析得到了短路位置与电磁转矩特征频率幅值的映射关系。然后,以实验室MJF-30-6型动模发电机组为验证平台和建模对象,应用有限元软件Ansoft建立求解模型,对不同短路位置下的电磁转矩进行了仿真计算,并在实际机组上进行了实验测试。实验结果与理论分析、计算机数值仿真数据相吻合。分析表明,电磁转矩与短路位置和最小气隙位置的夹角近似呈余弦变化的映射关系,短路匝中心位置与最小气隙位置越接近,则电磁转矩平均值下降越多、二倍频和四倍频转矩分量幅值增大越多。该文是对定子匝间短路故障分析的一个重要补充,对此类故障的实际监测与识别具有参考价值。     

切向磁钢混合励磁同步电机空载磁路计算及三维场分析

提出一种新结构切向磁钢混合励磁同步电机,分析其结构特点和运行原理。结合该新型电机径/轴向磁路特点,建立了空载等效磁路模型。通过求解非线性磁路方程,计算得到不同励磁磁势下径向与轴向磁路的磁通分布、主气隙磁密、空载感应电势。利用三维有限元法,研究了轴向磁路对径向磁路的影响,从而明晰主气隙磁场随励磁磁势的变化关系,与磁路法计算结果和理论分析是一致的,表明电机气隙磁密高、气隙磁场可调。所建立空载磁路模型及三维有限元分析方法为该新型电机的优化设计、性能分析以及负载特性进一步研究奠定了基础。     

实心圆柱式永磁同步电机转子偏心气隙磁场的空间和频率特性

针对两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM),分析转子偏心对气隙磁场空间和频率特性的影响。通过引入转子静态偏心和动态偏心磁导修正系数,建立了转子偏心气隙磁场的数学模型,分析了空载和负载情形下转子静态偏心以及动态偏心气隙磁场的空间和频率特性。以1台2极12槽SCPMSM为例,对转子偏心气隙磁场特性进行了有限元分析,验证了理论分析的正确性。