基于环流时频图谱的抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路故障诊断

抽水蓄能机组作为关键电气设备,其运行连续性与可靠性对构建新型电力系统意义重大。针对抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路故障的状态监测易受动/静偏心及电枢反应影响,早期故障特征难以有效辨识的问题,该文提出一种基于环流时频图谱的励磁绕组匝间短路故障诊断方法。首先,根据抽水蓄能机组的结构特点及电磁感应关系,推导了动/静偏心及静偏心复合励磁绕组匝间短路状态下的同相多支路环流公式,得到了各状态下的环流特征谐波;其次,搭建了发电容量为334 MV·A的抽水蓄能机组二维有限元仿真模型,计算了动/静偏心及不同匝间短路程度下的同相分支环流大小,绘制了相应的时域、频域及时频图谱,通过对比实验验证了环流时频图谱可从时间、频率角度全面解析故障特征,有效区分偏心、电枢反应干扰与匝间短路故障;最后,基于凸极同步发电机模拟实验平台,模拟了不同故障程度的匝间短路运行状态,采集了同相支路电流数据用于环流时频图谱分析,实验结果证明了该方法可有效排除静偏心及电枢反应干扰,并以包含运行时间、特征频率及信号强度的三维图谱信息直观地展示机组的运行状态。

核电多相星形无刷励磁机定子励磁绕组匝间短路故障特征分析

相比于常规的三相绕组,多相星形电枢绕组的联接方式更为复杂灵活。以3n(n=2,3,…)相P对极的星形无刷励磁机为研究对象,从定、转子间磁势的性质及其相互作用入手,通过理论推导得出在定子励磁绕组中感应出的谐波电流特性。以某6相星形励磁机为例,依据每相各分支绕组相对空间位置、三相绕组相对空间位置分析定子励磁绕组匝间短路故障的特征。理论分析与仿真结果均表明,6相星形无刷励磁机正常运行时励磁电流中主要含有直流分量与6倍次谐波分量,当发生定子励磁绕组匝间短路故障后,励磁电流中还会出现3/4及其倍数次特征谐波电流。

隐极发电机励磁绕组匝间短路故障定位及短路匝数估算

为实现对发电机励磁绕组匝间短路故障的在线检测与保护,以一台12 kW、3对极隐极同步发电机为例,采用多回路法对该样机负载运行时发生的励磁绕组匝间短路故障进行计算,并与实验进行了对比分析;基于计算与实验结果,分别探讨了分布式励磁绕组的故障位置及短路匝数对故障特征量的影响;在此基础上,提出利用定子分支谐波电流进行故障定位及短路匝数估算的新方法,为隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线检测与保护方案设计奠定了理论基础。

同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿真

励磁绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、振动加剧等。为实现故障在线监测与保护,需准确快速计算故障电流等电气量。应用交流电机的多回路理论,基于对故障时定、转子电流稳态特征的分析,得到各回路电流的稳态表达式;根据同频率量相等的原则,将稳态时的微分方程组转化为线性代数方程组,得到励磁绕组匝间短路故障的稳态数学模型;利用高斯消去法可直接求得所有回路电流中各种交、直流分量的稳态解,快速实现故障的稳态计算。对一台12kW、3对极的隐极同步发电机进行了空载时励磁绕组匝间短路实验,稳态仿真结果与实验吻合较好。该方法可比暂态仿真减少90%的计算时间,为同步发电机励磁绕组匝间短路故障的监测与保护奠定了基础。

同步发电机励磁绕组匝间短路故障在线分析方法综述

励磁绕组匝间短路是同步发电机常见故障之一。为保证机组和电网的安全可靠运行,有必要对该故障进行在线分析检测。首先介绍了应用于同步发电机励磁绕组匝间短路故障在线分析的磁场-电流谐波分析法、探测线圈法、多回路法、输出电气量分析法、振动分析法等的研究现状,并对几种方法进行了比较,然后对未来在线分析方法的发展方向进行了展望,对输出电气量分析法提出了两条研究思路,最后说明了在线分析方法应具有实际可行性和多用途性。

发电电动机励磁绕组匝间短路故障在线监测

通用的励磁绕组匝间短路故障在线监测方法未加分辨地采用定子中性点不平衡电流中的所有分数次谐波分量构成监测量及相应的报警值,可能因报警值较高而对小匝数故障不够灵敏。以江苏宜兴抽水蓄能电站发电电动机为例,计算小匝数励磁绕组匝间短路故障引起的定子中性点不平衡电流并实测正常工况下固有不平衡电流,在此基础上提出了一种改进的在线监测方案,提取由匝间短路引起的不平衡电流中含量较高的3/8次和5/8次谐波电流构成报警值。仿真计算结果表明,对于江苏宜兴抽水蓄能电站发电电动机,改进的在线监测方案能对3%及以上匝比的励磁绕组匝间短路故障发出警报,灵敏性优于通用监测方案。基于所提改进方案的在线监测装置已经成功投运于江苏宜兴抽水蓄能电站4号发电电动机。

基于深度置信网络的同步发电机励磁绕组匝间短路故障预警

针对励磁绕组轻度匝间短路故障难以及时诊断的问题,提出一种基于深度置信网络(DBN)的同步发电机励磁绕组匝间短路早期故障在线预警方法。构建由2个DBN子网络组成的模型,分别以励磁电流、定子径向振动作加速度作为对应子网络的输出量;利用随机森林(RF)算法对特征的重要性进行排序,以此确定网络输出量的关联物理量,并将其作为对应子网络的输入量。通过改进粒子群优化(IPSO)算法选择网络参数,利用机组正常情况下的运行数据训练2个子网络。结合层次分析法(AHP)和反熵值法分配2个子网络的训练结果的权重,确定最终的故障预警阈值。将发电机故障情况下的数据输入训练好的网络,若总偏移距离大于故障预警阈值则判定为故障。以MJF-30-6型同步发电机为实验对象,证明所提方法可以实现同步发电机励磁绕组匝间短路早期故障预警。

LSTM-CNN网络在同步电机励磁绕组匝间短路故障预警中的应用

人工智能与电力系统的结合日渐紧密,深度学习在实现电网智能化中起到了重要的作用。为了实现隐极同步电机励磁绕组匝间短路早期故障的在线预警,提出一种基于LSTM-CNN的神经网络预测模型。模型以同步电机正常运行时多个可测量物理量和励磁电流为网络输入、输出,利用历史数据进行网络训练,并根据拟合输入量与输出量之间的函数关系确定故障预警阈值。以相同的实验数据训练相同层数的LSTM网络、CNN网络与LSTM-CNN网络,结果证明LSTM-CNN网络在训练速度和拟合精度上的综合表现最佳。

基于LSTM网络的同步电机励磁绕组匝间短路故障预警

构建了一种LSTM故障预警模型对同步发电机励磁绕组匝间短路早期故障进行预警。以发电机组正常情况下的数据训练LSTM网络,求得正常情况下因变量(励磁电流,定子振动)与自变量(定子三相电压,定子三相电流,励磁电压,有功功率,无功功率)之间的函数关系。将2个输出量进行数据融合,计算正常情况下的总偏移距离,定义预警阈值,当总偏移距离大于预警阈值时判定为故障。实验证明,该模型可以实现励磁绕组匝间短路早期故障的预警。

定子相绕组横联电势分析及励磁绕组匝间短路故障监测

汽轮发电机发生永久性匝间短路故障,转子励磁磁势的畸变使定子相绕组出现横联电势,恒定气隙磁势使定子绕组出现横联电流,利用该电流信号就可实现励磁绕组匝间短路故障的在线监测。

基于多回路理论的发电机励磁绕组匝间短路故障时励磁电流谐波分析

本文分析了发生转子绕组匝间短路故障,发电机的电磁特性及励磁电流的变化,针对SDF-9型故障模拟实验机组,采用多回路模型建立了励磁绕组匝间短路故障情况下的转子电感参数模型和定转子互感参数模型。对励磁绕组匝间短路的短路匝数与励磁电流的谐波关系进行了定量计算。分析得到转子绕组匝间短路故障的特征,为故障检测提供依据。

一种转子励磁绕组匝间短路故障检测方法

针对凸极同步发电机发生转子励磁绕组匝间短路故障时谐波电流仿真和检测问题,通过多回路分析理论建立了凸极同步发电机数学仿真模型,并给出了无故障和存在转子励磁绕组匝间短路故障时谐波电流,然后提出杜芬混沌系统谐波电流检测方法,根据杜芬系统由混沌到周期状态的变化来确定故障谐波电流的存在。最后进行了仿真计算,结果表明杜芬混沌系统是可以有效地检测出故障存在的。

多对极发电机励磁绕组匝间短路故障在线定位系统研究与应用

水轮发电机组由于极对数较多,励磁绕组出现匝间短路时故障位置难以确定,故障排查耗时耗力。本文基于故障定位的理论基础,提出了一种基于定子绕组分支谐波环流幅值和相位特征的励磁绕组匝间短路故障在线定位方法,首先介绍了该系统故障定位功能的基本原理和实现方法,对实现过程中磁极故障特征角计算以及故障相位计算等技术难点进行了深入分析。研制了励磁绕组匝间短路故障在线定位系统,并应用于白莲河抽水蓄能电站2号机组。应用结果表明,该系统具有较高的监测灵敏性和定位精度。

多对极发电机励磁绕组匝间短路故障在线定位理论研究

大型水轮发电机和抽水蓄能发电电动机均为多对极,现场迫切希望实现故障磁极的在线定位。本文基于一台3对极、12kW的发电机动模样机研究在线定位的理论基础。首先,采用场路结合法对该样机在联网工况下的励磁绕组匝间短路故障进行了计算,并与实验结果进行了对比和分析,验证了计算模型的正确性。然后,利用故障数学模型对该样机一极短路故障进行了计算,基于仿真结果,研究故障磁极、励磁磁动势、定子电动势和定子分支环流之间的相位关系。研究表明:定子分支环流的1/P次谐波相位角(P为发电机的极对数)可以用于对故障磁极的判断。本文为实现多对极大型发电机励磁绕组匝间短路故障的在线定位奠定了理论基础。

抽水蓄能电厂发电电动机励磁绕组匝间短路故障仿真分析

以惠州抽水蓄能电厂发电电动机为例,对励磁绕组匝间短路故障进行数字仿真,得到故障情况下发电机定子和转子电流的波形,通过故障波形的傅里叶分解,得到故障稳态电流各次谐波的大小,并对故障电流各次谐波产生的机理进行了分析。最终得出励磁绕组匝间短路故障下发电机定子和转子电流特征,为抽水蓄能电厂发电电动机组励磁绕组匝间短路的故障检测提供理论依据。

基于有限元发电机励磁绕组匝间短路故障分析

发电机的运转经常会出现匝间短路故障,汽轮发电机绕组出现短路故障后会增大机组振动,烧毁线圈,出现机械故障,甚至酿成事故,因此发电机转子匝间短路故障的诊断非常必要。文章结合实验模拟用有限元软件仿真了汽轮发电机转子绕组匝间短路故障,分析了发电机转子绕组发生匝间短路故障时的电磁场和等效气隙磁密,探寻发生故障后的早期故障征兆,为转子匝间短路故障的诊断和在线检测提供了方法和依据。

U型线圈检测发电机励磁绕组匝间短路性能分析

励磁绕组匝间短路故障在汽轮发电机中具有较高的发生率,对该故障进行灵敏、快速和可靠诊断可以防止故障恶化、降低故障查找成本。本文分析了励磁绕组匝间短路的磁场特征,介绍了U型检测线圈法检测励磁绕组匝间短路的基本原理,通过有限元仿真模拟汽轮发电机额定负载工况,在转子各槽设置不同程度匝间短路故障,获取安装于不同位置的U型线圈的感应电压,进一步提取电压谐波特征以及时域脉冲波形变化规律,比较了U型线圈处于不同位置的检测效果,为U型线圈的安装提供了可靠的数据支持。

永磁同步发电机匝间短路故障对绕组绝缘温升特性的影响

本文分析了永磁同步发电机匝间短路故障前后的绕组绝缘温升特性。首先推导了正常情况和匝间短路故障下的气隙磁通密度,相电流、铁心损耗和绕组铜耗解析表达式;然后建立了发电机三维有限元仿真模型,将电磁场中计算得到的各类损耗作为热源导入温度场计算绕组绝缘温度分布;最后实测了LR-5型故障模拟永磁同步发电机组在不同短路程度下的绕组绝缘温度,理论分析、仿真计算与实验结果相互吻合。结果表明:匝间短路故障后在故障绕组电流的作用下,绕组绝缘温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧,由绕组绝缘热载荷分布不均而引起的变形、应变和应力也将增加;绕组鼻端处绝缘易因高温而受损,可通过改进冷却散热结构,或在鼻端绝缘局部涂覆耐热涂层提高鼻端绝缘的可靠性。

核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗研究

为研究核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路时转子涡流损耗特性,推导了核电半速汽轮发电机空载运行时励磁绕组匝间短路故障下,定子分数次谐波环流产生的合成磁动势表达式,分析合成磁动势相对于转子的转速,揭示了转子表面产生涡流的原因以及涡流的频率特性。结合涡流损耗计算方法,以一台核电半速汽轮发电机为例进行了仿真验证。在此基础上,对核电半速汽轮发电机励磁绕组不同位置发生相同程度匝间短路,以及励磁绕组发生不同程度匝间短路过程进行了仿真,计算了转子各阻尼条及槽楔中的涡流及涡流损耗,揭示了励磁绕组匝间短路时影响转子阻尼条及槽楔中涡流和涡流损耗的因素。为核电半速汽轮发电机励磁绕组匝间短路故障时,分析转子发热的影响因素提供了理论基础。

水轮发电机励磁绕组匝间短路时定子铁心动态电磁力研究

为准确分析水轮发电机励磁绕组匝间短路时定子齿壁电磁力的分布特点和变化规律,利用ANSYS软件建立了某水轮发电机有限元模型,并结合麦克斯韦应力法,对发电机励磁绕组不同程度短路故障时定子齿壁动态电磁力进行计算,得到了定子齿壁动态电磁力分布情况。结果表明:水轮发电机励磁绕组匝间短路故障后,定子铁心受到不平衡电磁力,且不平衡电磁力呈现槽口大、槽底小的变化规律,随着短路匝数的增加,定子铁心动态电磁力大幅增大。