发电机定子绕组内部故障分析方法

屠黎明!"胡敏强#"肖仕武!"刘万顺!

$!%华北电力大学四方研究所"北京!&&&’()#%东南大学电气工程系"南京#!&&*+,

摘要-对分析发电机定子绕组内部故障的.种方法即解析计算法/试验研究法和数字仿真法的优

缺点进行了综述"详细阐述了基于坐标变换/相坐标/场路耦合及多回路等0种数字仿真分析法"最后指出了发电机内部故障研究领域的发展方向1关键词-发电机)内部故障)定子绕组中图分类号-23.&!)23.

&4收稿日期-#&&!5&*)修回日期-#&&!5&05!#1

6引言

电气主设备故障诊断与继电保护技术的发展有赖于对故障机理认识的深度和广度1对于大型机组继电保护来说"只有对发电机故障运行的暂态和稳态过程中各物理量的变化规律进行定性和定量的精确分析"揭示故障后发电机各处的电流/电压等电气量的分布及其变化规律"从而寻找出可测量的故障特征量"利用这些特征量或其派生量构成继电保护实用判据"才能达到对已有保护方案的改进或提出新的保护原理和方案1

发电机绕组内部故障属于内部电气不对称故障的范畴1

当电机绕组内部不对称时"其气隙磁场的空间谐波分量就很强"这些谐波磁场的转速各不相同"转向也有正有反"因此感应出的绕组电势谐波很多1

这是交流电机绕组不对称故障时的突出特点7!8

美/英/俄/德/加等国家对大型发电机定子绕组内部故障都在进行广泛而深入的研究"我国如清华大学/华中科技大学及东南大学等高校在这方面也做了大量的研究工作"提出了一些分析方法"取得了

一些具有一定理论意义和实用价值的研究成果7#8

纵观0&多年来国内外对此问题的研究情况"按研究方法大致可分为-解析计算法/试验研究法和数字仿真法等1

9解析计算法

解析计算法就是应用一些物理定律"列写出描述分析系统的运动方程式"然后运用数学知识求解约束条件下的这组方程"从而获得所需分析结果的一种方法1由于所求结果为解析表达式"形式简洁"计算工作量小)同时"由于它能够揭示内部故障物理

过程的内在规律"

具有普遍性1所以"多年来许多学者一直在寻求发电机内部故障的解析计算法1文献7."08

分别应用对称分量法分析了发电机定子绕组匝间短路/分支开焊故障时的定子各序分量电流/零序电压和转子二次谐波电流等"

计算结果可用来分析内部故障保护方案的死区大小1由于发电机内部故障时的电磁关系很复杂"现有的应用解析法求解内部故障电量都对模型进行了大量的简化和近似"

在此基础上得到的内部故障各电量的分析结果与实际情况会有较大的误差"

但该方法仍不失为在对内部故障电量及其保护方案灵敏度进行初步分析时的一种方法1

:试验研究法

试验研究法是研究发电机故障行为和校核继电

保护装置的一种重要方法7("+81

但由于大型发电机造价昂贵"所以从安全性/经济性和可行性等因素上考虑"该方法一般是在实验室通过动模机组进行故障的动态模拟试验研究1试验法存在一些不足之处"如试验代价较高/周期较长等1同时"由于内部短路故障电流很大"从试验机组的安全考虑"试验的条件要求比较苛刻"一般达不到实际电机的正常运行工况)

由于内部可发性短路故障的种类很多"试验难以模拟全部的故障"也就给寻求内部故障规律带来了不便1虽然试验研究法存在这些缺点"但是它可以真实地模拟影响电机故障特性分析的饱和/磁滞/涡流及阻尼等实际效应"可作为理论研究的一种有益的补充1

;数字仿真法

仿真是利用实际系统的物理模型或数学模型对该系统进行试验研究的过程1数字仿真就是利用数

0第#(卷第!4期

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