紧凑型多腔室并联间隙雷电冲击闪络路径约束研究

由于多腔室并联间隙构型特殊,不同于常规并联间隙,其雷电冲击闪络路径复杂,当放电间隙设置不当时会出现闪络路径约束失败,电弧灼烧绝缘子串的现象。因此该文在基本理论指导下开展了多腔室并联间隙雷电冲击闪络路径约束试验研究。首先分析多腔室并联间隙约束闪络路径的工作原理,并开展雷电冲击试验,拟合了不同腔室数量下将多腔室灭弧结构等效为棒-棒电极空气间距的公式;然后通过开展不同外串联间隙的多腔室并联间隙伏秒特性试验研究,确定了该装置整体外串联间距的设置方法。试验结果表明:根据等效间距公式分别对不同腔室数量的多腔室灭弧结构进行外串联间隙的设计,结果与理论分析相吻合,多腔室并联间隙能够先于绝缘子串闪络从而约束闪络路径,验证了多腔室灭弧结构等效棒-棒电极空气间距计算方法的准确性。多腔室并联间隙已在实际线路开展运行,能够约束闪络路径并快速淬灭电弧,保证线路安全可靠运行。

发电机气隙偏心时定子并联支路的环流特性分析

为了有效监测和诊断发电机主要的机械故障之一的气隙偏心故障,在分析发电机正常情况及气隙偏心故障时定子绕组并联支路环流特性的基础上,提出了一种基于环流特性的气隙偏心故障诊断方法。通过分析汽轮发电机在正常运行和气隙偏心故障时的气隙磁势、磁导、磁密,推导得到了发电机定子绕组各并联支路感应电势瞬时值和电势差的瞬时值表达式,然后结合静偏心、动偏心、动静复合偏心3种偏心故障下的气隙情况,具体分析了偏心故障下的定子并联支路环流的谐波成分特性及其与对应故障参数的变化关系,从而得到了定子绕组并联支路环流特性即故障使环流基频成分突出,环流值随偏心程度的加重而增大。实测SDF-9型故障模拟发电机气隙偏心故障时环流信号与理论分析结果基本符合。

不同充磁方式的对转永磁电机气隙磁场性能研究

针对磁钢不同充磁方式对电机磁场性能影响不同,在对比分析径向充磁、平行充磁和Halbach磁体磁化强度分布的基础上,提出一种计算内永磁体转子和外永磁体转子对转电机气隙磁密的解析算法。该算法计算结果与有限元分析结果接近且趋势相同,是一种在电机设计前期预报气隙磁场分布的有效方法。利用解析和有限元相结合的方法研究了充磁方式对2种转子结构对转永磁电机气隙磁场的影响。结果表明:外永磁体转子对转电机选择径向充磁能获得趋近方波的气隙磁密和较高的磁密峰值,适合无刷直流电机;内永磁体转子对转电机选择平行充磁既可提高气隙磁密的正弦分布程度,又能得到较高气隙峰值;Halbach磁体的电机气隙磁密正弦分布程度高,谐波含量小,适用于永磁同步电机。

多段微孔结构中电弧的磁流体模型及气吹灭弧性能仿真

由于并联间隙自熄弧能力弱,当线路遭受雷击时并联间隙冲击闪络后易出现稳定的工频续流电弧,引起线路频繁跳闸从而限制其应用,因此如何提高并联间隙的自熄弧能力具有重要的研究价值。多段微孔结构具有优异的灭弧性能,将其运用于并联间隙可显著提高并联间隙的自熄弧性能,故基于磁流体动力学(MHD)理论,利用COMSOL Multiphysics软件建立了2维多段微孔结构中电弧的MHD模型,并仿真分析了该结构中电弧的运动特性及该结构的灭弧性能。仿真结果表明:电弧的MHD模型能很好的反映多段微孔气吹灭弧结构中电弧的运动过程;当短路电弧电流幅值分别为1 k A、2 k A、5 k A时,微孔喷口处最大气流速度可分别达到520 m/s、813 m/s、1 027 m/s,即电流越大加热空气效果越显著,空气受热膨胀后气流的运动速度越大;该灭弧结构中气流运动速度达到气吹熄弧要求的时间在1 ms以内。

汽轮发电机转子短路故障时定子环流特性分析

转子绕组匝间短路是发电机常见的电气故障之一,为了对其进行有效监测和诊断,在分析发电机正常情况以及在转子绕组匝间短路故障时定子绕组并联支路的环流特性的基础上,提出了一种基于环流特性的转子绕组匝间短路故障诊断方法。通过分析汽轮发电机在正常运行和转子绕组匝间短路故障时的气隙磁势、磁导、磁密,推导得到了发电机定子绕组各并联支路感应电动势瞬时值和电势差的瞬时值表达式。然后详细分析了转子绕组匝间短路故障时定子绕组并联支路环流各次谐波成分与对应故障参数的变化关系,从而得到了定子绕组并联支路环流特性,故障将使环流频谱二倍频成分突出,环流值将随着转子绕组短路程度的加重而增大。最后实测了SDF-9型故障模拟发电机正常及转子绕组匝间短路故障时环流信号,与理论分析结果基本符合。

发电机偏心故障的机电多重特征分析

详细分析了发电机发生气隙偏心故障时定子绕组并联支路的环流特征。首先推导了发电机正常运行时定子绕组并联支路间电压差的表达式,然后通过分析气隙静偏心和动偏心时各参数的变化得到了定子绕组并联支路的环流特性,从而得到了偏心故障的机电多重特征。实测的SDF-9型故障模拟发电机数据与理论分析结果基本吻合,揭示了气隙偏心的机械故障与发电机电气特征之间的关系,指出发电机的电流特征也可作为诊断发电机机械故障的依据。

带并联间隙地线复合绝缘子直流覆冰闪络特性

架空地线融冰已成为一个亟需解决的问题,目前通常对架空地线进行改造加装带间隙的绝缘子并采用直流融冰,其融冰电压受到地线绝缘子放电电压的制约,进而也影响了地线融冰的长度。对耐张型和悬垂型两种地线绝缘子在严重覆冰条件下并联间隙大小与地线绝缘子直流冰闪电压间的关系进行了试验研究。结果表明:两种地线绝缘子表面清洁、未覆冰情况下,其直流50%放电电压U50%与并联间距d呈幂指数关系,随着并联间距d增大,U50%增大,且增速逐渐减小;覆冰条件下,耐张型并联间隙地线复合绝缘子并联间距的选择与覆冰厚度di相关,可以选为(10+2di)mm;悬垂型地线绝缘子在严重覆冰地区建议选择80~100mm的并联间距。在保证融冰期间地线与杆塔保持良好绝缘的条件下,应选择较小间距来提高其防雷性能。

双馈异步风力发电机气隙偏心故障诊断研究现状与发展

双馈异步风力发电机(DFIG)机械故障在实际运行中尤其不可忽略,不论是转子刚度不足还是轴承磨损或安装误差,都会导致气隙偏心,严重时甚至会烧毁电机,因此对风机进行准确高效的气隙偏心故障诊断至关重要。简单介绍DFIG产生气隙偏心的故障机理,再对当前已有的相关故障诊断方法做重点归类阐述,最后展望未来的DFIG气隙偏心故障诊断方法的发展趋势和方向。

实心圆柱式永磁同步电机转子偏心气隙磁场的空间和频率特性

针对两极平行充磁实心圆柱式永磁同步电机(SCPMSM),分析转子偏心对气隙磁场空间和频率特性的影响。通过引入转子静态偏心和动态偏心磁导修正系数,建立了转子偏心气隙磁场的数学模型,分析了空载和负载情形下转子静态偏心以及动态偏心气隙磁场的空间和频率特性。以1台2极12槽SCPMSM为例,对转子偏心气隙磁场特性进行了有限元分析,验证了理论分析的正确性。

降低电动机电磁噪声的几种方法

主要针对电机电磁噪声产生的原因,通过理论分析和计算提出了降低电机噪声的几种方法,并将其应用于生产实践,取得了良好效果。

充磁方式对永磁无刷直流电机激振力波的影响

为降低水下航行器用永磁无刷直流电机(PM BLDCM)的振动与噪声影响,针对PM BLDCM在不同充磁方式下电磁激振力波存在差别的问题,建立了PM BLDCM的有限元分析模型,分别在空载和负载条件下,对比分析了径向和平行2种充磁方式下气隙磁密的分布特点。基于Maxwell应力张量法计算电磁力,完成了空载和负载条件下电机径向电磁激振力波的仿真,对比了2种充磁方式对径向电磁力波的影响,得到了其分布特点。研究结果表明,空载和负载条件下,电磁激振力波存在较大差异,为确定充磁方式对电磁激振力波的影响,需要在负载情况下完成分析;与平行充磁相比较,负载时径向充磁方式下,主要频率的幅值均有所增大,而其余频率的幅值有所降低。

半闭口槽平行充磁永磁电机全局解析法优化设计

建立了半闭口槽平行充磁表贴式永磁电机全局解析模型。求解子域分别为永磁、气隙、槽口和槽身。利用边界条件和分界条件,求解极坐标系下各子域的二维拉普拉斯方程或泊松方程。解析计算结果与二维有限元法计算结果较为一致;反电势计算波形和实验波形也较吻合。将验证正确的全局解析法和遗传算法结合,进行电机空载性能优化。结果显示电机电势波形更接近正弦、齿槽定位转矩减小,证明了模型和方法的合理有效性。

基于压缩温升-定向气吹的压缩灭弧防雷间隙机理研究

针对并联间隙存在的高跳闸率问题,研究了一种基于压缩温升-定向气吹的新型避雷器。为了对其灭弧功能进行研究,首先介绍了压缩灭弧防雷器的结构,其次运用等离子体理论,主要从壁压缩和自磁压缩两个方面对灭弧通道内的电弧进行了电磁分析,最后用ANSYS对电弧等离子体进行了气吹仿真,并对压缩灭弧防雷器的灭弧效果进行了实验验证。最后证明了壁压缩和自磁压缩所导致的压缩温升-定向气吹现象的存在,也证明了该新型防雷器的有效性。该文将流体分析与防雷领域相结合,在研究灭弧防雷装置的同时,也丰富了对电弧的理论研究。