本文關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路故障電流與不平衡磁拉力的計(jì)算

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【摘要】：轉(zhuǎn)子匝間短路是危及大型同步發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行的一種典型故障,該故障的在線監(jiān)測(cè)一直是發(fā)電機(jī)故障診斷領(lǐng)域中的難點(diǎn)。機(jī)電信息融合的在線監(jiān)測(cè)將故障的電氣特征與機(jī)械特征交叉融合,能夠最大限度的減小故障監(jiān)測(cè)死區(qū),及時(shí)發(fā)現(xiàn)小匝數(shù)的早期故障,避免長(zhǎng)期帶故障運(yùn)行引起的嚴(yán)重事故。在國(guó)家自然科學(xué)基金“基于機(jī)電信息融合的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組匝間短路在線監(jiān)測(cè),,的資助下,本文重點(diǎn)研究了轉(zhuǎn)子匝間短路的故障電流及不平衡磁拉力計(jì)算,這兩個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)機(jī)電信息融合在線監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ),主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：(1)利用多回路法和有限元法分別對(duì)氣隙磁場(chǎng)在不同飽和與畸變程度時(shí)的電感參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與分析,探討了磁場(chǎng)的非線性變化對(duì)電感參數(shù)的影響規(guī)律,通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在聯(lián)網(wǎng)負(fù)載和空載時(shí)的電感參數(shù)計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了這一規(guī)律。計(jì)算與分析表明：多回路方法僅能保證勵(lì)磁繞組與定子支路互感參數(shù)基波分量的準(zhǔn)確性,而有限元法能更加充分考慮磁場(chǎng)的真實(shí)分布,對(duì)電感參數(shù)的計(jì)算更加準(zhǔn)確。(2)將反映轉(zhuǎn)子匝間短路故障的發(fā)電機(jī)繞組多回路方程與磁場(chǎng)的有限元方程聯(lián)立,形成了故障的場(chǎng)路耦合數(shù)學(xué)模型,并基于ANSOFT軟件實(shí)現(xiàn)了故障的場(chǎng)路耦合時(shí)步有限元仿真。對(duì)兩臺(tái)不同極對(duì)數(shù)的樣機(jī)進(jìn)行了空載、帶電阻負(fù)載和聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的故障實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果吻合,驗(yàn)證了場(chǎng)路耦合模型的正確性。(3)由于故障早期一般為小匝數(shù)短路,這時(shí)轉(zhuǎn)子故障回路引起的氣隙磁場(chǎng)變化較小。為此,可不考慮故障后磁場(chǎng)的變化,將電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)采用有限元法計(jì)算得到的電感參數(shù)直接代入故障時(shí)的多回路數(shù)學(xué)模型,提出了場(chǎng)路結(jié)合的故障計(jì)算模型。該模型實(shí)現(xiàn)了電路方程與磁場(chǎng)方程的解耦,避免兩者在耦合聯(lián)立求解時(shí)的反復(fù)迭代。通過(guò)對(duì)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證了場(chǎng)路結(jié)合模型的正確性和快速性,為故障研究提供了更為有效的工具。(4)基于故障時(shí)定子不平衡電流時(shí)間諧波分量產(chǎn)生的各次空間諧波磁動(dòng)勢(shì),在定子直角坐標(biāo)系中推導(dǎo)了轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力(Unbalanced Magnetic Pull,UMP)的表達(dá)式,并根據(jù)故障時(shí)定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn),得到了故障后UMP的頻率分量表達(dá)形式,形成了一套完整的故障時(shí)UMP特征的理論分析方法�；趫�(chǎng)路耦合模型實(shí)現(xiàn)了對(duì)UMP的計(jì)算,實(shí)驗(yàn)樣機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子匝間短路故障時(shí)UMP的計(jì)算結(jié)果和理論分析結(jié)果一致,為機(jī)電信息融合的轉(zhuǎn)子匝間短路故障監(jiān)測(cè)莫定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：同步發(fā)電機(jī) 勵(lì)磁繞組 匝間短路 在線監(jiān)測(cè) 電氣特征 機(jī)械特征 不平衡磁拉力
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM311
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-20
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)課題的研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 轉(zhuǎn)子匝間短路故障的監(jiān)測(cè)原理與方法13-16
• 1.2.2 發(fā)電機(jī)故障的計(jì)算方法16-18
• 1.3 本文的主要內(nèi)容18-20
• 2 考慮磁場(chǎng)飽和與畸變的發(fā)電機(jī)電感參數(shù)的計(jì)算與分析20-36
• 2.1 二維電磁場(chǎng)有限元理論20-23
• 2.1.1 電磁場(chǎng)基本方程20-21
• 2.1.2 邊界條件的處理21-22
• 2.1.3 二維電磁場(chǎng)的求解方程22-23
• 2.2 發(fā)電機(jī)的有限元模型與計(jì)算方法23-26
• 2.2.1 用于參數(shù)對(duì)比的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)與有限元模型23-24
• 2.2.2 有限元的電感參數(shù)計(jì)算步驟24-26
• 2.3 磁場(chǎng)非線性變化對(duì)電感參數(shù)的影響26-32
• 2.3.1 磁場(chǎng)飽和對(duì)電感參數(shù)的影響27-29
• 2.3.2 磁場(chǎng)畸變對(duì)電感參數(shù)的影響29-32
• 2.4 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)在不同工況下參數(shù)計(jì)算結(jié)果的對(duì)比32-35
• 2.4.1 聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的電感參數(shù)對(duì)比32-33
• 2.4.2 空載運(yùn)行時(shí)的電感參數(shù)對(duì)比33-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 3 計(jì)算故障電流的場(chǎng)路耦合法及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證36-58
• 3.1 基于有限元的場(chǎng)路耦合基本理論36-40
• 3.1.1 考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路的電路方程37-39
• 3.1.2 電機(jī)內(nèi)部故障的場(chǎng)路耦合模型39-40
• 3.2 轉(zhuǎn)子匝間短路場(chǎng)路耦合模型的建立40-43
• 3.3 實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)43-45
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)轉(zhuǎn)子短路方法說(shuō)明43-44
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)介紹44-45
• 3.4 仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析45-57
• 3.4.1 空載工況時(shí)故障后電氣量對(duì)比46-50
• 3.4.2 電阻負(fù)載時(shí)故障后電氣量對(duì)比50-53
• 3.4.3 聯(lián)網(wǎng)負(fù)載時(shí)故障后電氣量對(duì)比53-57
• 3.5 本章小結(jié)57-58
• 4 計(jì)算故障電流的場(chǎng)路結(jié)合法及其實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證58-70
• 4.1 轉(zhuǎn)子匝間短路故障的場(chǎng)路結(jié)合模型58-61
• 4.1.1 場(chǎng)路結(jié)合模型中的電感參數(shù)表達(dá)式58-59
• 4.1.2 場(chǎng)路結(jié)合模型中的多回路方程59-61
• 4.2 仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析61-67
• 4.2.1 空載時(shí)故障特征量對(duì)比61-63
• 4.2.2 電阻負(fù)載時(shí)故障特征量對(duì)比63-65
• 4.2.3 聯(lián)網(wǎng)負(fù)載時(shí)故障特征量對(duì)比65-67
• 4.3 本章小結(jié)67-70
• 5 轉(zhuǎn)子匝間短路故障時(shí)轉(zhuǎn)子不平衡磁拉力的分析70-92
• 5.1 轉(zhuǎn)子匝間短路故障時(shí)不平衡磁拉力的一般性分析70-75
• 5.1.1 磁動(dòng)勢(shì)對(duì)轉(zhuǎn)子作用力的表達(dá)式70-73
• 5.1.2 各磁動(dòng)勢(shì)作用項(xiàng)的分析73-75
• 5.2 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的不平衡磁拉力分析75-86
• 5.2.1 1對(duì)極的A1552樣機(jī)分析76-77
• 5.2.2 3對(duì)極的A1553樣機(jī)分析77-81
• 5.2.3 不同定子繞組形式的A1553樣機(jī)分析81-86
• 5.3 轉(zhuǎn)子受力計(jì)算仿真模型86-87
• 5.4 論與仿真結(jié)果的對(duì)比分析87-91
• 5.4.1 A1552轉(zhuǎn)子受力仿真結(jié)果87-88
• 5.4.2 A1553轉(zhuǎn)子受力仿真結(jié)果88-89
• 5.4.3 不同定子繞組形式的A1553樣機(jī)轉(zhuǎn)子受力仿真結(jié)果89-91
• 5.5 本章小結(jié)91-92
• 6 結(jié)論與展望92-94
• 6.1 結(jié)論92
• 6.2 展望92-94
• 參考文獻(xiàn)94-100
• 附錄A100-102
• 附錄B102-104
• 附錄C104-106
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果106-110
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集110

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