【摘要】：隨著我國核電技術(shù)向第三代大容量、高性能轉(zhuǎn)變,其核心裝置核電汽輪發(fā)電機的單機容量也逐漸增大。大型核電汽輪發(fā)電機組的故障停機會導(dǎo)致重大的經(jīng)濟損失,因此大型核電汽輪發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行越來越受到人們的關(guān)注。定子內(nèi)部短路故障是大型同步發(fā)電機內(nèi)一種較為常見且破壞性很強的故障,故障診斷方法與保護方案一直是研究的熱點。大型同步發(fā)電機定子內(nèi)部短路的故障特征與物理量的變化規(guī)律不僅是故障診斷與保護的基礎(chǔ),對其他特種電機的內(nèi)部故障監(jiān)測與保護也具有一定的參考價值。因此,核電汽輪發(fā)電機定子內(nèi)部短路故障特征與電磁性能的研究具有重要的理論意義和實際價值。提出了同步發(fā)電機定子內(nèi)部短路故障暫態(tài)過程中電磁轉(zhuǎn)矩特性的解析分析方法,著重研究在考慮偏心振動的影響下,定子內(nèi)部短路故障后暫態(tài)過程中電磁轉(zhuǎn)矩的幅頻特性。建立同步發(fā)電機二維場-多回路耦合數(shù)學(xué)模型,采用動模實驗驗證了仿真模型的準確性。同時結(jié)合麥克斯韋張量法計算了同步發(fā)電機定子內(nèi)部短路故障前后的電磁轉(zhuǎn)矩,并對故障前后電磁轉(zhuǎn)矩進行頻譜分析。基于理論與仿真分析結(jié)果,提出了利用故障暫態(tài)過程中電磁轉(zhuǎn)矩特性作為定子內(nèi)部短路故障診斷特征的方法。短路故障后各頻率電磁轉(zhuǎn)矩特性隨著短路匝數(shù)和短路位置變化規(guī)律的研究,反映了暫態(tài)過程中電磁轉(zhuǎn)矩特性作為故障特征具有較高的靈敏度。為了研究定子內(nèi)部短路故障對轉(zhuǎn)子渦流損耗的影響,建立了核電汽輪發(fā)電機二維場-多回路耦合數(shù)學(xué)模型。計算了核電汽輪發(fā)電機故障前后影響轉(zhuǎn)子表面渦流損耗的氣隙磁密,并利用快速傅立葉方法對氣隙磁密進行諧波分析,得到了故障后氣隙磁密各次諧波的瞬態(tài)變化以及不同故障情況下各次諧波幅值平均值的變化規(guī)律。結(jié)合渦流損耗計算方法,計算并分析了核電汽輪發(fā)電機定子內(nèi)部短路故障前后轉(zhuǎn)子表面小齒和槽楔的瞬態(tài)渦流損耗與一個周期內(nèi)的平均渦流損耗。通過對不同故障情況下轉(zhuǎn)子表面小齒、大齒和槽楔平均渦流損耗的計算,得到了定子內(nèi)部短路不同故障情況下轉(zhuǎn)子表面渦流損耗的分布規(guī)律,為不同故障下電機溫升的研究奠定了基礎(chǔ)。為了研究定子內(nèi)部短路故障對核電汽輪發(fā)電機電磁力動態(tài)變化與分布的影響,在核電汽輪發(fā)電機磁場計算結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合麥克斯韋張量法與洛倫茲力原理對定子內(nèi)部短路故障后核電汽輪發(fā)電機的局部電磁力進行計算。揭示了短路故障后轉(zhuǎn)子受到的徑向力與切向力,定轉(zhuǎn)子槽齒壁電磁力以及定轉(zhuǎn)子繞組徑向力與切向力的變化規(guī)律與分布特征,通過對電磁力的分布特征分析,確定了電磁力相對集中的區(qū)域,為故障的進一步發(fā)展趨勢的研究提供理論依據(jù)。為了能夠得到更多有效的故障特征量,提出一種圖形化診斷同步發(fā)電機定子內(nèi)部短路故障的方法�；诶钊鋈缯也ㄐ畔⒔蝗诶碚�,融合同步發(fā)電機定子三相支路電壓、電流的幅值與相位等信息,建立定子三相支路電氣量李撒如數(shù)學(xué)模型。通過模型的理論分析與動模實驗證明了李撒如圖形的參量作為監(jiān)測與診斷的故障特征量能夠有效的表征出定子內(nèi)部短路故障,并提取了多種故障特征量,為同步發(fā)電機定子繞組短路故障監(jiān)測和診斷提出了新的思路。
【圖文】：

電機內(nèi)的磁場已經(jīng)不像正常運行時一樣對稱分布，因此必須要建立同步發(fā)電機的全域模型，求解域模型如圖2-4 所示。為了便于計算和減少仿真時間，本文在保證精度的前提下對模型做如下處理：假設(shè)同步發(fā)電機無限長，發(fā)電機內(nèi)的電磁場為似穩(wěn)場，不存在位移電流，只考慮軸向流，即將發(fā)電機視為全域二維場進行分析；假設(shè)同步發(fā)電機不存在外部磁場，即定子外徑圓周的矢量磁位恒為零；假設(shè)同步發(fā)電機直線部分各軸向位置磁場分布是一致的，電機端部的漏磁場采用外電路的漏電抗進行等效；忽略定子硅鋼片和源電流的渦流；忽略鐵磁材料的磁滯效應(yīng)和電導(dǎo)率σ 的溫度效應(yīng)。

b) 故障后 C 相電流的仿真值和實驗值圖 2-6 同步發(fā)電機的仿真值與實驗值Fig.2-6 Simulation and experiment value of synchronous gener障前后電磁轉(zhuǎn)矩特性的仿真分析克斯韋張量法，計算作用于同步發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子的在氣隙選取一個閉合曲面作為計算路徑。對于二維場總的電磁轉(zhuǎn)矩可以可以其中的閉合曲線的積分進行計為 r，則同步發(fā)電機定子內(nèi)部短路故障前后的電磁轉(zhuǎn)矩ef20e rdlT r B Bμθ θ= 氣隙中的任意圓周半徑；rB 為半徑 r 處氣隙磁密的徑向隙磁密的切向分量。算方便，，式（2-22）為電磁轉(zhuǎn)矩的極坐標(biāo)表達形式。載流導(dǎo)體和鐵磁物質(zhì)，麥克斯韋張量法所求取的電磁小和積分路徑關(guān)系較小，但從公式（2-22）中可以看
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM311

【參考文獻】

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本文編號：2592559