双馈式风力发电机定子绕组匝间短路的故障特征分析

摘要

近年来由于能源危机，可再生能源作为一种战略选择被用来解决人类生存问题。在这种背景下，风力发电在全世界得到了大力发展。随着风力发电技术越来越成熟，更多大容量发电机组将投入运行。双馈式风力发电机是当下最流行的一款风力发电机。为了减少维修费用和停机时间，必须尽早发现早期故障。早期故障可能发生在定子、转子、轴承和气隙偏心等处。据一项调查显示，定子故障占所有故障的约30％-40％。定子绕组匝间短路故障会使定子绕组局部产生更多的热量，使其温度比其他地方高，导致局部绝缘老化、劣化，最终带来了严重的故障，如相对地和相对相故障。故必须掌握此类故障的特征以便选取最佳的方法诊断该类故障。鉴于此本文研究了双馈式风力发电机定子绕组匝间短路的故障特征。
　　 首先，基于多回路理论建立了双馈式风力发电机绕组匝间短路故障时的数学模型。分析了支路和回路的选取方法以及数学模型中电感参数的计算方法。
　　 其次，采用数学模型仿真了双馈式风力发电机定子绕组不同程度的匝间短路故障。分析了相应故障程度下的定子线电压，支路电流，线电流的变化特征，并引进了谐波分析，给出了上述线电流的谐波特征。仿真结果与理论分析基本一致。
　　 通过仿真结果可以得到以下结论：故障相电流远大于正常运行时的相电流，三相电流之间的相位也不再对称，相电流的大小与绕组故障程度成正比。通过谐波分析可知故障电流中出现了分数次谐波。因此可以利用故障电流的大小，相位和谐波成分等故障特征识别定子绕组匝问短路故障。