支路不对称定子绕组大型水轮发电机短路故障分析

摘要

在水轮发电机设计过程中，选择水轮发电机转速时，不仅要考虑额定电压、额定功率因数和定子线负荷等电机基本参数，还要计及水轮机的转速。由于在设计水轮机转速时受水力条件影响较大，几者之间往往不能匹配，为提高电机设计合理性可采用支路不对称绕组连接方案。本文以一台300MW采用支路不对称定子绕组连接方案的水轮发电机为研究对象，利用有限元法，对发电机发生定子短路故障和励磁绕组匝间短路故障时的瞬态过程进行仿真分析。　　本文首先对电机定子绕组支路对称条件进行了分析研究，根据传统绕组连接方法针对不同的绕组连接型式，提出适用于支路不对称绕组的叠绕组和波绕组连接方法，并应用该方法得到两种波绕组连接方案和两种叠绕组连接方案。建立了二维的场-路-运动耦合有限元模型，对空载运行工况进行仿真分析，得到不同绕组连接方案了各支路电流波形、定子电压波形及其谐波含量、电压波形畸变率和电话谐波系数。　　其次，在发电机在空载运行工况时，对定子绕组发生三相短路、两相短路和单相短路三种故障情况进行仿真分析，获得故障时的三相电流、各支路电流和励磁绕组电流瞬态波形。分析了不同绕组连接方案时，各支路电流的变化规律，揭示了支路不对称绕组水轮发电机故障时的支路电流特点。同时分析了阻尼绕组对发生3种不同故障的相电流和励磁电流瞬态波形的影响。　　最后，通过对发电机空载运行工况励磁绕组匝间短路进行分析，得到了故障后励磁电流以及定子支路中分数次谐波随着短路匝数的变化规律，并分析了短路位置对定子支路电流中故障特征量的影响。根据上述研究结果本文提出了适用于采用支路不对称绕组电机的励磁绕组匝间短路故障诊断方法，该方法突破了传统探测线圈和定子环流特性等诊断方法将定子支路间环流有无作为判定依据而不能用于采用支路不对称绕组发电机上的局限性，可以有效的诊断出采用支路不对称绕组发电机励磁绕组匝间短路故障的发生。

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第1章 绪论

1.1 课题背景和研究意义

1.2 课题研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 支路不对称绕组及其计算模型

2.1 支路不对称绕组理论

2.2 二维场路耦合有限元模型

2.3 空载运行工况分析

2.4 本章小结

第3章 支路不对称定子绕组短路故障分析

3.1 三相短路故障

3.2 两相短路故障

3.3 单相短路故障

3.4 本章小结

第4章 励磁绕组匝间短路故障分析

4.1 匝数对励磁绕组匝间短路影响

4.2 短路位置对励磁绕组匝间短路影响

4.3励磁绕组匝间短路故障诊断方法

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