【摘要】：隨著我國核電技術向第三代大容量、高性能轉變,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注。定子內部短路故障是大型同步發(fā)電機內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,對其他特種電機的內部故障監(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)電機定子內部短路故障暫態(tài)過程中電磁轉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,定子內部短路故障后暫態(tài)過程中電磁轉矩的幅頻特性。建立同步發(fā)電機二維場-多回路耦合數(shù)學模型,采用動模實驗驗證了仿真模型的準確性。同時結合麥克斯韋張量法計算了同步發(fā)電機定子內部短路故障前后的電磁轉矩,并對故障前后電磁轉矩進行頻譜分析�；诶碚撆c仿真分析結果,提出了利用故障暫態(tài)過程中電磁轉矩特性作為定子內部短路故障診斷特征的方法。短路故障后各頻率電磁轉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)過程中電磁轉矩特性作為故障特征具有較高的靈敏度。為了研究定子內部短路故障對轉子渦流損耗的影響,建立了核電汽輪發(fā)電機二維場-多回路耦合數(shù)學模型。計算了核電汽輪發(fā)電機故障前后影響轉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)電機定子內部短路故障前后轉子表面小齒和槽楔的瞬態(tài)渦流損耗與一個周期內的平均渦流損耗。通過對不同故障情況下轉子表面小齒、大齒和槽楔平均渦流損耗的計算,得到了定子內部短路不同故障情況下轉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。為了研究定子內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)電機磁場計算結果的基礎上,結合麥克斯韋張量法與洛倫茲力原理對定子內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子受到的徑向力與切向力,定轉子槽齒壁電磁力以及定轉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)電機定子內部短路故障的方法。基于李撒如正弦波信息交融理論,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：假設同步發(fā)電機無限長，發(fā)電機內的電磁場為似穩(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和電導率σ 的溫度效應。

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)電機定子內部短路故障前后的電磁轉矩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）為電磁轉矩的極坐標表達形式。載流導體和鐵磁物質，麥克斯韋張量法所求取的電磁小和積分路徑關系較小，但從公式（2-22）中可以看
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM311

【參考文獻】

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本文編號：2592559