汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障電流與不平衡磁拉力的計(jì)算.pdf

1、轉(zhuǎn)子匝間短路是危及大型同步發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的一種典型故障，該故障的在線監(jiān)測一直是發(fā)電機(jī)故障診斷領(lǐng)域中的難點(diǎn)。機(jī)電信息融合的在線監(jiān)測將故障的電氣特征與機(jī)械特征交叉融合，能夠最大限度的減小故障監(jiān)測死區(qū)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)小匝數(shù)的早期故障，避免長期帶故障運(yùn)行引起的嚴(yán)重事故。
　　在國家自然科學(xué)基金“基于機(jī)電信息融合的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組匝間短路在線監(jiān)測”的資助下，本文重點(diǎn)研究了轉(zhuǎn)子匝間短路的故障電流及不平衡磁拉力計(jì)算，這兩個(gè)基礎(chǔ)問題是實(shí)現(xiàn)機(jī)電信息融合在線

2、監(jiān)測的基礎(chǔ)，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)利用多回路法和有限元法分別對氣隙磁場在不同飽和與畸變程度時(shí)的電感參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與分析，探討了磁場的非線性變化對電感參數(shù)的影響規(guī)律，通過對比實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在聯(lián)網(wǎng)負(fù)載和空載時(shí)的電感參數(shù)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了這一規(guī)律。計(jì)算與分析表明:多回路方法僅能保證勵(lì)磁繞組與定子支路互感參數(shù)基波分量的準(zhǔn)確性，而有限元法能更加充分考慮磁場的真實(shí)分布，對電感參數(shù)的計(jì)算更加準(zhǔn)確。
　　(2)將反映轉(zhuǎn)子匝間短路故障的發(fā)

3、電機(jī)繞組多回路方程與磁場的有限元方程聯(lián)立，形成了故障的場路耦合數(shù)學(xué)模型，并基于ANSOFT軟件實(shí)現(xiàn)了故障的場路耦合時(shí)步有限元仿真。對兩臺(tái)不同極對數(shù)的樣機(jī)進(jìn)行了空載、帶電阻負(fù)載和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的故障實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合，驗(yàn)證了場路耦合模型的正確性。
　　(3)由于故障早期一般為小匝數(shù)短路，這時(shí)轉(zhuǎn)子故障回路引起的氣隙磁場變化較小。為此，可不考慮故障后磁場的變化，將電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)采用有限元法計(jì)算得到的電感參數(shù)直接代入故障時(shí)的多回路數(shù)

4、學(xué)模型，提出了場路結(jié)合的故障計(jì)算模型。該模型實(shí)現(xiàn)了電路方程與磁場方程的解耦，避免兩者在耦合聯(lián)立求解時(shí)的反復(fù)迭代。通過對樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果的對比驗(yàn)證了場路結(jié)合模型的正確性和快速性，為故障研究提供了更為有效的工具。
　　(4)基于故障時(shí)定子不平衡電流時(shí)間諧波分量產(chǎn)生的各次空間諧波磁動(dòng)勢，在定子直角坐標(biāo)系中推導(dǎo)了轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力(Unbalanced Magnetic Pull，UMP)的表達(dá)式，并根據(jù)故障時(shí)定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢的特點(diǎn)，得