水轮发电机转子绕组匝间短路故障的研究与识别

摘要

随着我国经济的迅猛发展，对电力的要求也越来越高，电量的需求也越来越大，加上如今煤炭资源紧缺，因此国家大力倡导清洁能源，而水电作为清洁能源的领头军，起着不可替代的作用。而在水电厂最为重要的机械当属水轮发电机，其安全性因此显得尤为重要，而在水轮发电机中经常出现的故障就是转子绕组匝间短路。
　　本论文首先介绍了水轮发电机转子绕组匝间短路的研究背景，进而采用故障树的方法，详尽地分析了造成水轮发电机转子绕组匝间短路形成的原因，说明了水轮发电机转子绕组匝间短路和不平衡电磁力国内外的研究现状。以SF600-42/1308型水轮发电机组为研究对象，建立水轮发电机的模型，从水轮发电机的空载曲线法和不平衡电磁力法两个方面来研究。具体来说，主要的内容和工作有：
　　（1）介绍水轮发电机的结构，建立水轮发电机转子绕组匝间短路的模型，详细地阐述了水轮发电机的空载曲线法和不平衡电磁力法的理论计算方法。空载曲线法中首先阐述了水轮发电机的电压和磁链的回路方程，进而讲述了水轮发电机的派克变化和d、q、0系统下的电磁量；不平衡电磁力法中详细推导了不平衡电磁力离散化表达式。这两种方法为后续的研究提供了理论基础。
　　（2）对水轮发电机转子绕组匝间短路故障的故障机理进行详细的分析，具体的分为正常情况下和发生转子绕组匝间短路时这两种情况的电磁特性；转子绕组匝间短路时，在短路线匝之间的磁势，可以等效成一个退磁的磁势叠加到正常情况下的线匝磁势，并且方向与主磁势的方向相反，从而使主磁势的大小降低，作用效果也相对减少。
　　（3）提出了运用空载曲线法来解决水轮发电机的转子绕组匝间短路，并通过派克变化的方法，将复杂的计算简单化，这样更有利于研究。提出了运用励磁电流的相对变化率来判别匝间短路的严重程度，并对判据进行了推导。建立仿真模型，得到了随着短路程度的增大，无功功率减小和短路电流增大的图像，还得到了判据数值中匝间短路百分比的设定值与线匝表示的匝间短路百分比的计算值趋势相同，数值十分接近。
　　（4）提出了对水轮发电机转子绕组匝间短路利用不平衡电磁力法来进行研究，从电磁转矩、无功功率和电磁力三个方面逐一研究。计算并得到了电磁转矩随转子绕组匝间短路程度的变化和位置的变化的规律；进而研究无功功率随着这两种变化而变化的特点；最后对水轮发电机转子绕组匝间短路不平衡电磁力进行了特性分析。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2水轮发电机的常见故障原因及故障树分析

1.3水轮发电机转子绕组匝间短路的国内外研究现状

1.4 水轮发电机不平衡电磁力相关理论的发展概况

1.5研究的内容和主要工作

第2章 水轮发电机转子绕组匝间短路的基本理论

2.1水轮发电机的结构

2.2水轮发电机转子绕组匝间短路故障模型的建立

2.3水轮发电机空载曲线法的计算方法

2.4水轮发电机转子所受不平衡电磁力的计算方法

2.5本章小结

第3章 水轮发电机转子绕组匝间短路电磁特性分析

3.1 水轮发电机正常情况下转子磁场的分析

3.2 水轮发电机转子绕组匝间短路的电磁特性分析

3.3本章小结

第4章 水轮发电机转子绕组匝间短路的空载曲线法特性分析

4.1 水轮发电机空载曲线法判据的推导

4.2 水轮发电机的空载曲线法仿真分析

4.3本章小结

第5章 水轮发电机转子绕组匝间短路的不平电磁力法特性分析

5.1水轮发电机转子绕组匝间短路故障后的参数变化

5.2 水轮发电机转子绕组匝间短路不平衡电磁力的特性分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢