考虑气隙偏心时短路因素对发电机端部绕组振动的影响

端部绕组振动是导致绝缘磨损和退化的关键因素之一,因此对同步发电机在转子匝间短路下的端部绕组振动特性进行了研究。不同于以往,该研究不仅考虑了转子匝间短路程度,还考虑了转子匝间短路位置和气隙偏心程度对端部绕组振动的影响。首先理论推导得出定子端部绕组的受力表达式;然后基于电磁-结构耦合模型得到了绕组电磁力及其力学响应特性,如变形、应变和应力;最后在CS-5故障模拟发电机进行试验验证。试验结果与理论分析、有限元计算结果基本一致。结果表明,转子匝间短路会给绕组电磁力带来额外的50 Hz(基本频率)、150 Hz和200 Hz的谐波。随着气隙偏心程度/转子匝间短路程度/短路位置与大齿之间距离增大,端部绕组电磁力/振动加剧。此外,复合故障对端部绕组振动影响更为严重。在定子绕组电磁力作用下,定子绕组鼻端部位为最大变形位置,同时绕组直线段与端部的连接处易发生绝缘磨损,在制造及后期维护中应重点关注。

大前庭水管综合征患儿的听力学及致病基因特征

目的总结分析大前庭水管综合征(large vestibular aqueduct syndrome,LVAS)患儿的听力学和致病基因特点,为早期诊断、干预及遗传咨询提供依据。方法回顾性分析2016年1月—2021年6月郑州大学第一附属医院0~10岁经颞骨高分辨CT或薄层MRI确诊的39例(78耳)LVAS患儿的听力学及耳聋基因检测资料。结果有26例51耳(65.38%)听性脑干反应(auditory brainstem response,ABR)测试在3 ms附近能记录到特异性的声诱发短潜伏期负反应(acoustically evoked short latency negative response,ASNR);39例78耳畸变产物耳声发射(distortion product otoacoustic emission,DPOAE)均未引出;鼓室导抗图均为A型或正向单峰,6耳可以引出声反射;28例(56耳)能够配合主观测听的患儿中42耳(75%,42/56)表现为低中频(<2 kHz以下)存在明显气-骨导差而高频下降型的混合性听力损失;听性稳态反应(auditory steady-state response,ASSR)在12例(24耳)ABR最大强度未引出患儿中的引出率为21耳(87.5%);耳聋基因共检出SLC26A4基因纯合突变21例,复合杂合突变18例。结论中耳功能正常时,主观测听显示低中频存在气-骨导差及ABR可以引出ASNR,这些听力学特征性结果有助于患儿LVAS的早期诊断;ABR最大输出强度各波消失时,ASSR测试可评估患儿的残余听力;对SLC26A4基因全编码区序列进行检测分析是明确LVAS患儿遗传学病因的有效手段。

汽轮发电机动偏心与定子短路故障特性研究

为在发电机发生故障时进行快速定位达到减少维修时间的目的,针对汽轮发电机动偏心、定子绕组匝间短路及复合故障下的气隙磁密、定子绕组电磁力进行理论解析和仿真研究。首先,分别对各状态下的气隙磁密、定子绕组电磁力进行理论解析;然后建立汽轮发电机各状态下的模型,进行仿真求解计算。结果表明,故障状态下的气隙磁密、定子绕组电磁力特征可以为汽轮发电机转子动偏心故障、定子绕组匝间短路故障及复合故障诊断提供参考。

基于气隙调整的中低速磁浮列车直线感应电机效率提升

文章从中低速磁浮列车整车系统层面出发,在保证列车安全和稳定的情况下,提出基于电机气隙主动调整的提升直线感应电机效率或降低其功耗和温升的方法;根据列车不同的实际工况提出3种优化策略,并利用ANSYS Maxwell电磁仿真软件,对3种优化策略下电机在全速度域内的牵引特性进行仿真分析;最后通过与列车在原控制方式下的性能进行对比分析,证明优化策略的可行性。

基于电场特征量和SVM的空气间隙击穿电压预测

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据。该文提出了一种基于电场特征量和支持向量机(support vector machine,SVM)的空气间隙击穿电压预测方法。根据静电场计算结果,从整个区域、放电通道、电极表面和最短路径4个方面提取电场值,经过处理后构成表征间隙结构的电场特征量集合,作为SVM的输入参量;以间隙是否击穿(回归问题转换成2分类问题)作为SVM的输出参量,建立了空气间隙击穿电压的预测模型。采用该模型对球隙、棒–板、球–板、球–板–球短间隙的工频击穿电压和球–板长间隙的正极性操作冲击50%放电电压进行了预测,预测值与试验值吻合,验证了模型的有效性。该方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。

基于不连续有限元的短间隙气体放电仿真算法及其应用

我国超、特高压输电工程建设亟需空气间隙放电理论的支撑。作为长间隙放电研究的基础,短间隙放电是间隙放电研究的重要内容与切入点。仅靠现有实验手段与实验结果无法构建这些放电过程的完整物理图像,使得数学建模与仿真,成为研究短间隙放电的重要方法。为此,概述了描述短间隙气体放电过程的流体模型,提出了基于不连续有限元的仿真算法:引入罚因子不连续有限元离散Poisson方程;提出了加权不连续有限元用于求解粒子输运方程,提出了圆柱坐标系下的多层重构算法用于抑制高阶格式可能引起的数值振荡。实现了基于上述算法的短间隙气体放电仿真程序,利用该程序研究了碰撞电离系数、附着系数、粒子迁移率等放电参量对流注发展的影响,电子碰撞电离系数与电子迁移率影响最大,电子附着系数与电子扩散系数有一定影响,离子迁移率基本没有影响。通过考虑Townsend放电中的光发射机制,成功预测了一定长度范围内平板间隙中Townsend放电击穿电压曲线,验证了将数值仿真应用于气体放电研究的可行性。

正棒-板短间隙雷电冲击放电电压的海拔修正

在多功能人工气候室内模拟高海拔地区的气压 ,按照IEC对棒 板间隙试验方法的要求对 2 0 0mm、30 0mm和 4 5 0mm 3种正棒 板短空气间隙雷电冲击放电特性进行了系统的试验研究。根据理论分析 ,提出了由于气压是大气 3个基本参数即温度、空气相对密度和绝对湿度的综合反映 ,因此可以作为表征大气条件对空气间隙击穿电压影响的特征量 ;根据试验结果 ,提出了高海拔地区的短空气间隙雷电冲击击穿电压的是相对气压的幂函数 ,且其特征指数小于 1,并因此得出海拔每升高 1km ,其击穿电压下降 8.7%。

在线检测发电机转子绕组匝间短路的新方法

针对转子绕组匝间短路故障频发的现场实际情况,首先分析了隐极同步电机转子绕组匝间短路后励磁磁势的变化,采用气隙磁导法分析了电机气隙磁场,指出转子匝间短路故障使电机气隙磁场不对称,从而产生不均衡的磁拉力。由力的相互作用原理可知,该磁拉力不仅作用于转子,改变转子基频振动,同时还影响定子铁心的振动。随后对不平衡磁拉力引发的定子铁心的振动模态进行了分析,得出了转子匝间短路后定子铁心基频振动幅值增大的结论。最后在MJF-30-6故障模拟发电机组上进行了转子绕组匝间短路模拟实验,实验结果表明,可以通过定子铁心基频振动诊断隐极同步电机转子匝间短路故障。

短空气间隙流注放电的实验观测技术综述

流注放电是气体间隙放电的重要阶段,流注放电的机理、仿真及实验研究是高压放电等离子体领域研究的重点之一,其中流注放电的实验研究是流注放电机理及仿真研究的基础。然而流注放电具有多时空尺度、多粒子碰撞、多物理场耦合等复杂特点,这对流注放电的实验观测提出了巨大的挑战。该文针对短空气间隙流注放电的实验观测,分别从短空气间隙流注放电实验设置和短空气间隙流注放电过程观测技术2个方面综述了国内外相关实验方法、平台及取得的研究进展。在此基础上,该文对目前短空气间隙流注放电研究所需要解决的关键问题和未来的发展趋势进行了探讨,认为未来短空气间隙流注放电实验研究进一步发展的关键在于建立更高精度与更高时空分辨率的多物理量同步观测系统,观测并分析单个流注发生发展的完整过程;探索新的实验手段和测量技术,获取电子平均能量等关键特征参数;深入研究数字图像处理技术,挖掘放电光学图像蕴含的更深层次的特征信息,进而完善对流注放电机理的研究。

短空气间隙放电流注分叉特性实验研究

短间隙流注放电通道在发展过程中产生的流注分叉现象能使放电所输出的能量和产生的活性物质分布更加均匀。为此,研究了短空气放电间隙长度和电极形状对流注分叉的影响。使用输出电压峰值为52 kV,电压上升时间约35 ns的脉冲电源分别对间隙长度≤5 cm的针–板、针–棒间隙进行放电,实验测试了不同间隙长度下流注的分叉特性。实验结果表明:间隙长度大于某一值(针–板间隙为3.5 cm,针–棒间隙为3 cm)时,观察到的流注分叉数目和分叉的发光强度随着间隙长度的增大而减少;而当间隙长度小于该值时,所拍摄的放电照片中流注通道很宽而且明亮,且很少有分叉。另外,相对于针–板间隙而言,在针–棒间隙中分叉的流注更容易向棒电极两端运动,产生重连接现象的概率更高。

考虑气隙偏心时发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响

针对同步发电机定子匝间短路位置对电磁转矩波动特性的影响进行理论推导分析、计算机数值仿真和动模实验验证。首先,对发电机气隙偏心单故障和气隙偏心与定子匝间短路复合故障下的电磁转矩表达式进行推导,分析得到了短路位置与电磁转矩特征频率幅值的映射关系。然后,以实验室MJF-30-6型动模发电机组为验证平台和建模对象,应用有限元软件Ansoft建立求解模型,对不同短路位置下的电磁转矩进行了仿真计算,并在实际机组上进行了实验测试。实验结果与理论分析、计算机数值仿真数据相吻合。分析表明,电磁转矩与短路位置和最小气隙位置的夹角近似呈余弦变化的映射关系,短路匝中心位置与最小气隙位置越接近,则电磁转矩平均值下降越多、二倍频和四倍频转矩分量幅值增大越多。该文是对定子匝间短路故障分析的一个重要补充,对此类故障的实际监测与识别具有参考价值。

汽轮发电机转子匝间短路时转子振动特性分析

考虑了实际运行的汽轮发电机普遍存在的偏心状态,对转子匝间短路引起的转子振动特性进行了机电耦联交叉特性分析。首先分析转子匝间短路时的气隙磁场变化特征,计算得到定转子间的气隙磁导和气隙磁场能的解析式,然后得到作用于转子的不平衡磁拉力的表达式,最终得到转子径向振动特征。该不平衡磁拉力不仅会增加转子工频振动,同时也会引起倍频和高频振动。并实际测试了SDF-9型模拟发电机匝间短路时转子振动信号,与理论分析结果基本吻合。

定子绕组匝间短路时转子不平衡径向磁拉力

以1台1 250 MW的汽轮发电机为例,建立了该汽轮发电机的有限元分析模型。利用有限元法对该电机发生定子绕组同相同分支和同相异分支间短路进行了详细分析。分别研究了两种短路情况下,转子受到的不平衡径向电磁拉力随短路匝数(匝比)和短路点位置的变化规律。研究表明:定子绕组匝间短路情况下,径向振动的大小由不平衡径向电磁拉力决定;不平衡径向电磁拉力幅值的大小不仅受气隙磁密大小的影响,还与不同对极下气隙磁密的对称程度相关密切。

核电汽轮发电机定子内部短路故障对转子涡流损耗影响

针对核电汽轮发电机定子内部短路故障后转子表面涡流损耗的分布问题,结合场路耦合数学模型和涡流损耗计算方法对该问题进行了详细的研究。首先建立了核电汽轮发电机场-路耦合时步有限元数学模型,计算发电机故障前后影响转子表面损耗的气隙磁密,并采用快速傅里叶法对气隙磁密进行谐波分析,进一步研究了故障后各次谐波的瞬态变化以及不同故障工况下气隙磁密各次谐波幅值平均值的变化特性。其次,计算并分析核电汽轮发电机定子绕组短路故障前后,转子表面小齿和槽楔的瞬态涡流损耗与一个周期的平均涡流损耗,并进一步揭示了不同故障工况下,转子表面小齿,大齿和槽楔平均涡流损耗的分布规律,得到一些有意义的结论,为转子温升的计算提供了理论基础。

同步发电机定子绕组短路故障瞬态过程电磁转矩特性分析

为了研究定子内部短路故障后瞬态过程中电磁转矩的变化特性,基于动力学虚位移原理,对同步发电机定子绕组内部匝间短路故障前以及故障后瞬态过程的电磁转矩进行了理论分析,研究了在振动偏心影响下同步发电机定子内部短路故障前后气隙磁动势的变化特征,并得到了故障发生后瞬态过程中各频率电磁转矩分量的幅值和频率特性。同时建立了动模实验模型,实验测量了一台功率为30kVA的同步发电机不同短路故障下的电磁转矩,并对其进行频谱分析,实验分析结果验证了理论推导的准确性。该结果为基于电磁转矩的定子内部故障诊断技术提供了理论基础。

青藏铁路海拔4000m以上短空气间隙修正研究

根据在多功能人工气候室内完成的气压对短空气间隙交流放电特性影响的大量试验研究结果,系统分析了气压对短空气间隙交流放电特性的影响规律,提出了青藏铁路海拔4 000 m以上的短空气间隙修正系数。

定子匝间短路位置对汽轮发电机转子铁心温升特性的影响

气隙静偏心广泛存在于发电机中,导致发电机气隙分布不均,当处于不同气隙长度中时,定子匝间短路表现出位置特性。本文分析汽轮发电机不同定子匝间短路位置下转子铁心的温升特性,首先推导发电机不同定子匝间短路位置下的磁通密度和铁心损耗的解析表达式;然后建立发电机三维电磁场与温度场仿真计算模型,对不同短路位置下的铁心损耗和温度进行求解计算;最后实测CS-5型故障模拟发电机在不同定子匝间短路位置下的转子铁心温度,实验结果与理论分析和仿真计算相一致。研究表明:定子匝间短路会显著增加转子铁心损耗与温度;特别地,随着短路位置越接近气隙最小位置处,转子铁心的温升越高。

基于微纳米程控平台的微间隙放电

长间隙、高电压放电研究相对成熟,而有关微纳间隙、低电压击穿和放电规律的研究并不多见,其放电规律和物理机制尚不明晰。在研究低电压、微间隙放电时发现当极间间距达到微纳尺度的某个距离时击穿电压开始偏离PACHEN曲线。因此,对PACHEN曲线的补充与修正成为研究热点。通过程控微纳间隙放电实验平台研究极间距离范围在1~20μm内击穿放电特性和规律,当极间距离在小于7μm时偏离了PACHEN曲线;7~20μm之间随着极间距离的增加,击穿电压也随之增大,符合PACHEN曲线变化趋势。将实验平台气室内环境抽成真空对比极间距离在1~7μm范围内的空气间隙放电,发现真空条件下的击穿电压随极间距离的变化趋势与空气间隙条件下的变化趋势一致且相同极间距离下的击穿电压相差很小,并运用Fowler-Nordheim理论验证在此范围内场致发射对击穿起着主导作用。

听力学表型在大前庭水管综合征早期诊断中的意义

目的探讨大前庭水管综合征(LVAS)患者的听力学表型特点以期对LVAS早期诊断作出进一步指导。方法回顾分析63例大前庭水管综合征(LVAS)及8例疑似LVAS患者的病史、听力学及基因学检测结果。结果 LVAS患者中听性脑干反应(ABR)检查者58例,出现特征性的声诱发短潜伏期负反应(ASNR)29例,占总数的50.00%(29/58),负波潜伏期范围在2.56±0.39ms;58例非LVAS的听障患儿作为对照组,其均未发现ASNR;LVAS患者行纯音测听检查者22例(44耳),出现混合性听力下降者10例(20耳),占45.45%(20/44),其中有11耳在低频发现骨气导差,有12耳鼓室压图均为A型,2耳鼓室压图为As型,其中有8耳引出声反射;LVAS患者行SLC26A4基因筛查者26例,纯合突变11例,单杂合突变13例,阴性2例,阳性率92.31%(24/26)。结论大前庭水管综合征具有特征性表现ABR负波和中耳功能正常情况下出现骨气导差,该特征性表现对指导首诊患者进一步明确诊断,预防听力下降有重要意义。

大前庭水管综合征的诊治策略研究

目的研究和揭示大前庭水管综合征(LargevestibularaqueductSyndrome,LVAS)的临床诊治策略。方法对2003年5月—2005年12月收集的107例大前庭水管综合征患者进行系统的临床听力学特征分析、影像学分析及SLC26A4致病基因检测分析,以期发现大前庭水管综合征患者的系列特征。临床听力学特征性观察包括纯音听力中低频的气骨导差;听性脑干诱发电位检查时观察特征性的声诱发短潜伏期负反应(acousticallyevokedshortlatencynegativeresponse,ASNR);影像学检查包括对所有患者均行颞骨CT扫描或耳蜗水成像磁共振检查了解前庭水管、内淋巴囊及耳蜗的发育情况;病因学分析包括应用聚合酶链反应(PCR)的方法扩增SLC26A4基因的21个外显子,直接测序,DNAStar及BioEdit序列比对软件分析SLC26A4基因的突变位点。结果70.8%～83.7%LVAS患者在低频500Hz、250Hz存在显著的气骨导差,范围在15～95dBHL。75.7%的LVAS患者在常规ABR测试时发现ASNR,潜伏期为3.26±0.57ms。97.9%的LVAS患者发生了SLC26A4基因的突变,其中双等位基因突变占88.4%,单等位基因和未发现突变的家系分别占9.5%和2.1%。共发现38种突变形式,包括23种国际上尚未报道的突变,15种已报突变(五种仅报道于中国家系)。其中IVS7-2A>G突变是所有突变中最常见的突变,占所有突变者的78.9%,是中国人群中的特征性突变。影像学检查CT及磁共振是诊断LVAS的金标准。结论大前庭水管综合征具有特征性的纯音听力—低频气骨导差;具有特异性的ABR波形—ASNR;CT检查见前庭水管扩大,直径>1.5mm;具有特征性的MRI表现-扩大的内淋巴囊;具有特异和常见的SLC26A4基因突变谱。上述系列特征形成了对大前庭水管综合征的诊断依据。选择积极的治疗方案将有助于患者听力的保护与康复。