同步电机定子绕组内部故障分析与诊断的研究

摘要

发电机作为电能生产的基本设备,对整个电力系统的安全稳定起着至关重要的作用.随着电力工业的迅速发展和发电机单机容量的不断增大,人们对发电机的安全运行及可靠性提出了越来越高的要求.定子绕组内部故障是发电机比较常见的电气故障,它主要包括匝间短路、相间短路以及开焊断相故障,而它们大多都是由于最初匝间短路没有被及时监测出发展而成的.定子绕组故障若任其发展,将给定子线圈带来毁灭性的灾难,因此对发电机进行故障分析与诊断的研究具有重要的理论意义与工程实用价值.本文采用多回路理论分析发电机定子绕组的故障机理,建立定子绕组在故障状态下的数学模型.传统的对于内部故障的分析主要针对发电机在稳定运行状态下,内部故障后各电流、电压信号的变化情况.由于定子绕组内部故障对发电机的起动过程有着较大的影响,本文对同步电机的起动过程进行分析,并将转子运动方程引入到多回路模型中,重点分析电机定子绕组内部故障后,电机各主要参量在起动过程中的变化情况.准确的电感参数计算是多回路分析的基础,本文采用磁路的气隙磁导分析法来计算电机故障后各电感参数.从单个线圈出发、先得到单个线圈的电感及电阻参数,然后根据各回路的实际组成情况,用相关线圈的参数来计算回路参数.把铁芯磁阻的影响归算到气隙中,充分考虑了槽口系数以及谐波对电机的绕组系数、定转子绕组的自感、互感系数等参数的影响.根据多回路理论的仿真结果,系统地分析了定子绕组内部故障对发电机中相互关联的各个电气量的影响.描述了在不同故障位置、不同短路匝比的情况下,电流、转矩等参量的变化情况,并找出故障规律.进一步分析了谐波的计入对对定子绕组内部故障分析仿真结果的影响.分别从时域及频域的角度分析了故障后电流信号的变化情况,并从中选取合适的故障特征量来进行故障诊断.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1本课题的研究意义

1.2同步发电机定子绕组内部故障的研究现状

1.3本文的主要工作

第二章同步电机定子绕组内部故障的数学模型

2.1交流电机的多回路理论

2.2同步电机内部故障时的基本方程

2.2.1回路的选择

2.2.2回路的电压和磁链方程

2.2.3同步电机的约束方程

2.3同步电机回路参数的特点

2.4内部故障时基本方程的求解

2.4.1稳态方程的求解

2.4.2瞬态方程的求解

2.5本章小结

第三章同步电机回路参数的气隙磁导计算法

3.1前言

3.2单个线圈的气隙磁势和磁场

3.2.1单个线圈通电流后产生的气隙磁通势

3.2.2单个线圈通电流后产生的气隙磁场

3.3定子支路电感的计算

3.3.1单个定子线圈气隙电感的计算

3.3.2定子线圈漏电感的计算

3.3.3定子回路电感的计算

3.4转子回路电感的计算

3.4.1转子阻尼回路气隙电感的计算

3.4.2转子励磁绕组自感的计算

3.4.3转子漏电感的计算

3.4.4转子阻尼回路电感的计算

3.5定转子间的互感计算

3.5.1定子单个线圈与励磁绕组的互感计算

3.5.2定子单个线圈与阻尼回路的互感计算

3.6谐波对电感参数计算的影响

3.6.1计入不同谐波时定子绕组的电感系数

3.6.2计入不同谐波时转子绕组的电感系数

3.6.3计入不同谐波时定转子绕组之间的互感

3.6.4计入不同谐波时电机的绕组系数

3.7本章小结

第四章同步电机定子绕组内部故障仿真的瞬态分析

4.1前言

4.2同步电机的电磁转矩和转子运动方程

4.2.1同步电机稳态运行时的电磁转矩和转子运动方程

4.2.2同步电机起动过程中的电磁转矩和转子运动方程

4.3电机未发生故障

4.4匝间短路

4.4.1匝间短路对电流的影响

4.4.2匝间短路对转矩的影响

4.5对中性点短路

4.6支路间短路

4.7本章小结

第五章谐波分析与故障诊断

5.1定子绕组内部故障分析中谐波对各电气量的影响

5.1.1阻抗中的谐波与起动电流的关系

5.1.2阻抗中的谐波与起动转矩的关系

5.2定子绕组内部故障时电流信号的频谱分析

5.3故障特征量的选择与诊断

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1全文总结

6.2后续工作的展望

参考文献

附录：定做电机的主要参数

致谢