星-三角接法的分数槽永磁电机匝间短路故障分析

为了分析永磁电机绕组采用星-三角(Y-△)接法时发生匝间短路故障后对电机的影响,建立了绕组在Y-△接法下分别在星形(Y)接法部分和角形(△)接法部分发生匝间短路故障的电路模型,推导得到故障发生后电机三相电流。以10极12槽永磁电机为例进行二维有限元仿真,对传统的Y接法双层绕组永磁电机和Y-△接法4层绕组永磁电机发生匝间短路故障的情况进行对比分析。仿真结果表明:在Y-△接法下匝间短路故障位置的不同对电流会有很大影响;在发生匝间短路故障后Y-△接法能降低电机的转矩脉动,降低故障发生后故障相电流中的3次谐波幅值。

汽轮发电机转子匝间短路对定子热响应特性的影响

本文分析了汽轮发电机转子匝间短路故障前后定子热响应特性,不仅考虑转子匝间短路引起电压下降对发电机强励动作的影响,还研究了热分布不平衡而引起的定子力学响应。首先推导了正常情况和转子匝间短路故障后加强励磁电流下的气隙磁通密度,得到了铁心损耗和绕组铜耗的解析表达式;然后建立了发电机故障前后的三维有限元仿真模型,对不同短路程度故障下的铁心损耗、绕组铜耗与定子温度进行了求解计算;最后实测了CS-5型故障模拟发电机在正常运行和不同短路程度故障下的定子温度,实验结果与理论分析、有限元仿真结果基本一致。结果表明,转子匝间短路故障后由于励磁电流的增强,发电机铁心损耗和绕组铜耗均会增加,定子温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧;定子端面边缘位置的变形和应力幅值最大并且为热响应下的危险位置。

基于开口变压器法的交流电机定子非激励相绕组匝间短路检测研究

为了解决交流电机定子绕组中线圈绝缘损伤引起匝间短路故障无法准确、快速定位的问题,提出将检测转子绕组匝间短路的开口变压器法移植到检测交流电机定子绕组匝间短路,定子单相添加激励源,非激励相绕组设置故障点,开口变压器检测故障点所在槽,分析故障前后开口变压器绕组感应电动势的变化。首先阐述开口变压器检测定子非激励相的工作原理,分析正常和故障状态下通过开口变压器铁心漏磁通的表达式,进一步得到开口变压器绕组感应电动势表达式,获取故障变化规律。随后建立交流电机电磁仿真模型,进行仿真分析,最后用一台定子样机进行实验验证。结果表明:故障状态下,随着故障程度的加深,故障点所在槽的开口变压器感应电动势随之减小,证明了开口变压器可以作为离线检测交流电机定子非激励相绕组匝间短路故障的有效手段。

永磁同步电机故障诊断方法研究综述

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)具有结构简单、运行稳定、效率高和外形多样等显著优点,在生产制造领域得到广泛应用。PMSM在工作中不断受到速度变化和负载波动等复杂工况的影响,不可避免地会出现各种故障,如轴承故障、偏心故障、退磁故障和匝间短路故障等。文中综述了PMSM常见故障类型,并总结了自动化领域中基于信号的状态监测方法的现有研究,以用于各类电气和机械故障的检测和诊断。随后,对诊断方法进行了总结,并分析了其优势与限制,探讨了不同信号处理方法在应用中的利弊。最后,根据当前研究现状,讨论了PMSM故障监测与诊断存在的问题和未来发展方向。

基于二维CNN与多源机电信息融合的同步电机转子匝间短路故障诊断方法

为提高同步电机转子绕组匝间短路故障的诊断准确率,以一台型号为SDF-9的一对极同步发电机为研究对象,提出了一种基于二维卷积神经网络(Convolutional Neural Networks, CNN)与多源机电信息融合的匝间短路故障诊断方法。首先选取故障前后的定子环流、转子振动、定子振动信号为故障特征,采用信号-图像转换方法将一维时序信号转化为二维灰度图像。其次将处理后的图像分别作为二维CNN模型的前置输入进行训练。最后采用D-S证据理论将3种证据体的输出概率进行决策融合。结果表明:该方法消除了单一信号易受传感器故障及环境变化的影响,故障诊断准确率显著提高,并与其他传统故障诊断算法的诊断结果进行对比分析,验证了此方法的有效性。

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。

特高压换流变压器匝间短路故障建模与仿真

近年来,特高压换流变压器内部短路故障导致的爆炸起火事故接连发生,严重威胁电力系统安全稳定运行。本文以±800 kV特高压换流站典型单相四柱式换流变压器为研究对象,基于ANSYS Maxwell和Simplorer平台开展绕组匝间短路故障建模仿真,研究不同故障条件下绕组漏磁、短路环流及电弧故障能量的变化规律。结果表明:伴随匝间短路发生,换流变压器内部大量横向漏磁破坏绕组正常纵向磁通分布,短路匝环中出现高幅值故障环流。1.98%匝间短路漏磁峰值达2.76 T,短路环流峰值达80.59 kA,四个周波内释放能量1.22 MJ。根据安匝平衡规律,短路匝数越多,环流幅值越小,而电弧电压随电弧长度单调增加,总体而言电弧能量与短路匝数呈正相关。此外,由于漏磁畸变引起的漏电感差异,靠近绕组中部的匝间短路故障更为严重。

船舶发电机定子绕组匝间短路故障预警

为保障船舶的安全航行,需要对船舶发电机定子绕组早期匝间短路故障进行预警。首先,通过同步发电机的数学模型对正常运行和不同程度的匝间短路故障进行仿真,选取负序电流分量和电磁转矩作为故障特征量并进行信息融合;然后,使用CNN-BiLSTM网络对特征量进行回归预测得到网络预测的残差;最后,根据残差的变化趋势和设定的阈值来判断故障的发展情况。结果表明,建立的模型可以实现定子绕组匝间短路故障的预警,并且基于自适应原理设置的动态阈值会比固定阈值提前确认故障。

换流变内部短路电流计算及动态模拟技术

研究换流变压器内部故障下不同位置的短路电流分布特征可以加深故障机理认识为其保护研究提供重要参考。换流变压器内部短路后轴向安匝分布不均匀,从而引起辐向漏磁场分量显著增加。提出以辐向短路电抗修正内部故障后绕组电感参数的变化,将短路绕组与剩余绕组进行等效处理,优化内部故障后的等效电路模型,并提出匝间短路电流的计算方法。所定义的空载运行匝间短路电抗比K可用于描述换流变匝间短路故障后,短路环内电流与网侧短路电流的比值。以工程产品为原型,提出了换流变压器物理模型的一致性技术指标。并通过与原型产品的仿真比对提出了匝间短路电流分布的规律,受故障发生位置影响,相同匝比的短路电流从线圈轴向上看呈现马鞍状分布特点,进一步研制了可以反映内部短路故障的换流变压器物理模型。最后,搭建全物理的换流变压器内部故障动态模拟试验平台,验证了所提出的内部短路电流计算方法的正确性,其K值计算误差控制在-1.70%~0.72%。

改进2D-CNN的永磁同步电机故障诊断分析

针对卷积神经网络在噪声环境中特征提取能力不足,导致永磁同步电机故障诊断出现准确率低、泛化能力差的问题,提出了一种改进二维卷积神经网络与混合注意力机制的故障诊断方法。该方法首先将采集的一维时序信号转换为二维灰度图;其次,改进多尺度特征提取模块,将该模块部分普通卷积替换为空洞卷积,以最大程度地提取到数据信号中的有效信息;然后引入混合注意力机制动态更新权重参数,强化故障特征,抑制噪声的干扰;最后使用分类器进行匝间短路故障诊断。实验结果表明:与其他方法相比,文中模型具有更好的准确性和鲁棒性;在各噪声背景下,本模型的准确率均在96%以上,表明所提方法具有较强的抗噪性能和泛化能力。

基于高频阻抗谱的干式空心电抗器匝间短路故障诊断方法

提出了一种利用宽频阻抗谱对干式空心电抗器匝间短路故障进行有效检测的方法。首先,依据多导体传输线理论构建高频下完好电抗器的等值分布电路模型,并且根据分布等值电路参数计算公式构建其等值仿真模型,分析电抗器宽频阻抗谱的高频特性;其次,对发生匝间短路故障电抗器的宽频阻抗的幅度谱和相位谱进行仿真,分析电感参数变化对电抗器阻抗谱谐振频率的影响规律;最后,在实验室中对小型干式空心电抗器进行试验测试,验证了该方法的有效性。

近区短路引起的变压器匝间短路故障案例及其综合诊断试验分析

电力变压器是电力系统的重要枢纽设备,而近区短路冲击会对变压器本体造成严重变形,诊断变压器短路冲击后的受损情况并确定检修策略具有重要意义。针对一起220 kV变压器中压侧近区短路冲击导致变压器跳闸的事件,在现场诊断性试验过程中,不同试验数据表现出故障指征不同,通过单一试验无法对变压器故障位置和原因做出合理解释。从故障录波文件分析、综合性诊断试验数据等出发,基于变压器电、磁路故障机理综合分析,判断变压器中压侧绕组内部发生绕组匝间短路故障并确定了故障位置,随后的现场解体证实了综合诊断分析方法的有效性。

基于磁场和支持向量机的空心电抗器匝间短路诊断研究

针对干式空心电抗器的匝间短路故障检测问题,提出了一种利用电抗器磁场幅值与支持向量机的匝间短路故障诊断方法,并仿真验证其有效性。首先建立了干式空心电抗器的场路耦合模型,研究分析了电抗器在不同故障条件下底部磁场幅值和角度分布的变化情况,并以磁场幅值与角度的变化信息为特征数据,提出了基于SSA-SVM的故障分类诊断模型,结合实际应用中的限制条件,磁场分布选取均匀的测量位点处的磁场数据所组成的向量进行表示,并引入欧式距离这一数学指标描述其变化。仿真结果表明,磁场信息能够有效适用于SVM模型进行匝间短路故障的分类诊断,且通过麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)对其惩罚因子和核参数进行寻优后,得到的SSA-SVM模型获得了更好的诊断准确率。

300MW发电机转子匝间短路故障分析与处理

介绍一起300MW汽轮发电机启动过程中转子发生匝间短路的故障,结合转子匝间短路后运行参数的变化情况、转子现场试验检查判断情况和转子返厂解体后故障点的检查情况,从发电机转子端部设计结构、转子绕组塑性变形等方面进行分析,认为转子端部结构不能满足机组日常深度调峰的运行工况是导致故障的根本原因,并提出对端部结构进行改进优化的处理和防范措施。

核能发电机转子线圈匝间短路在线监测分析系统研究与应用

转子匝间短路是发电机常见的一种缺陷,严重的匝间短路故障会影响机组的安全稳定运行,对运行中的发电机转子匝间短路状况进行在线监测具有重要意义。本文介绍了基于探测线圈波形法的核能发电机转子匝间短路在线监测系统的信号检测原理、实现方法及应用情况。该系统引入键相信号用于定位匝间短路故障位置和提高匝间短路故障诊断的准确性,具有重要实用价值,也为实施发电机状态监测和状态检修奠定技术基础。

电机定子匝间短路故障诊断系统研究

电机定子匝间短路故障是电机运行中常见的一种故障形式,是指电机线圈中相邻导线间因绝缘损坏而产生的电气短路。文章研究电机定子匝间短路故障诊断系统,通过引入先进的信号处理技术、数据驱动的故障诊断模型、特征提取与优化策略及故障定位与定量分析技术,提高故障检测的准确性和效率。实验结果表明,该故障诊断系统在实际应用中表现良好,能够为电机维护提供可靠、高效的技术支持。

重复脉冲试验法在凸极式转子匝间短路测试中的应用

基于行波理论的重复脉冲试验法(以下简称:RSO法)在隐极式发电机转子匝间短路实际应用测试中得到了大量的验证,使用效果良好,并结合工作实际进行了试验验证,最终证明了RSO法在凸极式同步电动机转子匝间短路测试方面具有一定的适用性。

干式空心电抗器故障分析及预防措施

通过总结现场干式空心电抗器发生的短路放电、电树枝爬电、断股等故障情况,分析故障原因,并结合现场实际情况提出预防措施及日常运维工作的注意事项。

励磁绕组短路下关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响

分析了励磁绕组短路下,关键运行参数差异对汽轮发电机转子动力学特性的影响。关键运行参数包括短路程度、短路位置,以及电机负载率;转子动力学特性包括转子不平衡磁拉力激励特性、径向振动响应特性,以及转子铁芯动力学响应规律。基于柔性转子不平衡磁拉力激励与振动响应的理论分析、有限元仿真计算,以及动模试验来探索不同运行参数造成动力学特性差异的规律。结果表明:正常情况下转子不平衡磁拉力趋于零,转子振动以常规基频和定子传递过来的各偶次倍频为主;励磁绕组匝间短路下,转子不平衡磁拉力及其振动响应将产生新的奇次倍频成分,且通频振动幅值增大。随着短路程度或负载的增加,转子不平衡磁拉力与振动响应的基频将增大;短路位置越靠近大齿处,转子不平衡磁拉力与振动幅值越大;转子铁芯大齿的外表面和内槽表面边沿为动力学响应的危险位置。

轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机及其匝间短路故障抑制研究

针对传统分数槽集中绕组永磁容错电机相间隔离能力弱、匝间短路故障抑制能力不足的问题,该文提出一种轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机。该电机各相绕组沿轴向独立排布,实现了相间的电、磁、热及物理隔离。首先,介绍轴裂相整数槽集中绕组电机的基本结构,阐述其工作原理,分析其电磁性能。然后,理论分析该轴裂相整数槽集中绕组永磁电机匝间短路故障的抑制机理。在考虑绝缘接触电阻变化的基础上,将所提轴裂相整数槽集中绕组永磁电机与传统分数槽集中绕组永磁电机在不同接触电阻情况下的故障电流、损耗和温升进行对比和分析。研究表明,相比于传统分数槽集中绕组永磁容错电机,该文所提轴裂相整数槽集中绕组永磁容错电机在故障的各个阶段,其匝间短路故障的严重性均较低,并且故障对健康相的影响很小,实现了从电机结构上抑制和隔离匝间短路故障的目的。最后,加工一台轴裂相整数槽集中绕组永磁电机样机,完成对样机匝间短路电流和故障温升的测试,实验结果与理论分析和仿真结果一致,证明了上述分析的正确性。