大型水轮发电机励磁绕组匝间短路的仿真研究

摘要

大型水轮发电机励磁绕组匝间短路故障影响电机的正常运行，通过多回路法计算励磁绕组匝间短路故障，得到故障前后电流的波形并分析其特征，根据定转子电流的特征，为保护方案的选择提供帮助。
　　本文以多回路法为基础，通过计算出的气隙磁导系数，计算出单个线圈的电感系数，依据绕组连接形式，将单个线圈的电感系数叠加形成支路电感参数，经过支路与回路间的变换，得到回路电感参数。励磁绕组短路故障后，电感、电阻、电压矩阵的维数都增加，需要重新计算参数。着重研究了大型水轮发电机励磁绕组匝间短路故障的暂态过程，对电感矩阵中电感计算公式进行了简单的描述，同时将饱和及齿槽效应对电机的影响使用等效系数来调整。编写了比较通用的程序，对连网空载工况下的短路故障进行了仿真，谐波分析得到定子电流中接近基波频率的谐波次数幅值很大，故障特征明显。对不同匝数的励磁绕组短路故障进行了仿真，通过对比分析可以得到故障前后电流的变化趋势，结果与理论分析相符。小匝数的励磁故障对电机影响不大，但故障扩大后，将产生严重后果，针对小匝数的短路故障，找到其故障后的特征规律，为保护方案的组合提供依据和帮助。
　　另外简单介绍了在程序编写过程中容易出现的问题和相应的解决办法，为微分方程的初值和步长的选择提供了一些参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 大型水轮发电机转子内部故障的研究背景和意义

1．2 转子绕组短路故障检查的研究现状

1．2．1 直流电阻法

1．2．2 空载及短路特性试验法

1．2．3 振动诊断法

1．2．4 励磁电流谐波特性分析法

1．2．5 多回路分析法

1．3 本文的主要工作

第2章 同步发电机多回路数学模型及电感参数

2．1 多回路法结构及参数组成

2．2 凸极同步电机励磁绕组匝间短路故障的数学模型

2．2．1 定子部分状态方程

2．2．2 转子部分状态方程

2．2．3 同步发电机状态方程和支路、回路变换矩阵

2．3 多回路模型中电感参数的计算

2．3．1 气隙磁导系数

2．3．2 励磁绕组与定子单个线圈的电感系数

2．3．3 励磁绕组的电感系数

2．3．4 励磁绕组和阻尼绕组之间的互感系数

2．3．5 阻尼回路电感系数

2．4 本章小结

第3章 漏感系数及回路电感系数规律计算

3．1 漏感系数及初值、计算步长的影响

3．2 漏磁场引起的电感系数

3．2．1 转子漏磁场引起的电感系数

3．2．2 定子漏磁场引起的电感系数

3．3 饱和系数及卡氏系数计算

3．3．1 饱和对参数的影响

3．3．2 水轮发电机卡氏系数计算

3．4 电感系数分析

3．4．1 励磁与阻尼回路自感系数

3．4．2 励磁与阻尼回路互感系数

3．4．3 励磁与定子回路间的互感系数

3．4．4 定子线圈间的互感系数

3．5 本章小结

第4章 大型水轮发电机励磁故障的暂态仿真

4．1 仿真模型

4．1．1 多回路法仿真计算的基本假设

4．1．2 连网空载状态下的电流波形

4．1．3 励磁故障暂态过程电流波形

4．1．4 波形的谐波分析

4．2 大型水轮发电机励磁绕组短路故障特征分析

4．2．1 故障后定子电流分析

4．2．2 故障后转子电流分析

4．2．3 转子电流谐波频率

4．3 励磁绕组匝间短路故障保护实现

4．3．1 完全纵差保护

4．3．2 完全裂相横差保护

4．3．3 零序电流型横差保护

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢