發(fā)電機(jī)匝間短路故障診斷(編輯修改稿)
2024-09-01 04:20 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 環(huán)槽時(shí)，車削下的金屬屑?xì)埩粼诙瞬坷@組的縫隙中，未被認(rèn)真清理。發(fā)電機(jī)運(yùn)行后有兩套線圈上層面匝間發(fā)生嚴(yán)重金屬短路，導(dǎo)致運(yùn)行中發(fā)生陣發(fā)性劇烈振動(dòng)，煙霧從勵(lì)磁端向外泄出。（4）發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生匝間短路有的發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中長(zhǎng)期受電、熱和機(jī)械應(yīng)力的作用，繞組端部發(fā)生殘余變形、致使轉(zhuǎn)彎處線匝沿徑向參差不齊，匝間絕緣磨損、脫落，發(fā)生匝間短路。冷態(tài)起動(dòng)機(jī)組，轉(zhuǎn)子電流突增，由于鋼鐵溫差使繞組銅線蠕變留下的殘余塑性變形和積累，導(dǎo)致匝間絕緣和對(duì)地絕緣的損傷。運(yùn)行中高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組承受著離心力等多種使其移位變形的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，從而發(fā)生匝間短路。（5）氫氣濕度過大引起線圈短路 氫氣濕度過大有時(shí)對(duì)端部線圈之間絕緣造成極嚴(yán)重的后果。例如某臺(tái)國(guó)外的200WM氫冷發(fā)電機(jī)，由于油污、灰塵和氣體的影響，使其端部線圈短路。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)故障按發(fā)生故障的部件主要分為轉(zhuǎn)子繞組故障、轉(zhuǎn)子鐵芯故障、轉(zhuǎn)子軸系統(tǒng)故障和集電環(huán)電刷故障等。轉(zhuǎn)子繞組電氣故障類型主要有轉(zhuǎn)子繞組接地、匝間短路等；機(jī)械故障類型主要有轉(zhuǎn)子繞組熱變形、通風(fēng)道局部堵塞、漏水以及水路局部堵塞故障等。轉(zhuǎn)子鐵芯電氣故障有負(fù)序電流引起的轉(zhuǎn)子過熱燒損故障；其機(jī)械故障主要有轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)開裂事故等。轉(zhuǎn)子軸電氣故障包括轉(zhuǎn)軸磁化以及產(chǎn)生危險(xiǎn)軸電壓。集電環(huán)電刷在剛投入運(yùn)行時(shí)及正常運(yùn)行中容易發(fā)生火花放電。2. 3 匝間短路的磁場(chǎng)分析 本小節(jié)首先對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路的二維模型進(jìn)行了分析；其次分析了發(fā)電機(jī)匝間短路時(shí)的氣隙磁場(chǎng)分布，用圖解法對(duì)匝間短路時(shí)的磁場(chǎng)分布進(jìn)行了形象地說明。2. 3. 1匝間短路的二維分析模型 轉(zhuǎn)子發(fā)生匝間短路故障時(shí)，會(huì)使磁勢(shì)局部損失，故障部分的磁勢(shì)峰值和平均值均會(huì)減小，此時(shí)可認(rèn)為是等效的磁勢(shì)反作用于故障磁極主磁場(chǎng)的磁勢(shì)上。根據(jù)Ward理論分析發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路的磁場(chǎng)，等效為在短路匝上增加一反向電流，把它在氣隙中產(chǎn)生的磁場(chǎng)加到原有均勻磁場(chǎng)中去，合成后的磁場(chǎng)即為有短路匝狀態(tài)的電機(jī)磁場(chǎng)。 本小節(jié)采用二維分析模型的方法[]，此方法主要的假設(shè)是分析模型的線性化。其假設(shè)條件為：定、轉(zhuǎn)子鐵芯的相對(duì)導(dǎo)磁率有恒定的值；定、轉(zhuǎn)子槽忽略不計(jì)，可用Carter系數(shù)來增加氣隙的長(zhǎng)度；轉(zhuǎn)子繞組僅在轉(zhuǎn)子本體表面形成面電流；不計(jì)端部效應(yīng)。以下為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子空間位置示意圖：圖22 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子空間位置示意圖 The generator rotor space position diagram 由于轉(zhuǎn)子表面上的勵(lì)磁電流僅僅沿軸向流動(dòng)，根據(jù)磁矢量位分量Az可以描述二維磁場(chǎng)。其中curl ， (21)Az或A滿足r系中的拉普拉斯方程，其解為 (22)下標(biāo)i表示轉(zhuǎn)子槽中的區(qū)域。因?yàn)閰^(qū)域I包含坐標(biāo)原點(diǎn)，滿足了Mln=0。如果忽略定子鐵芯的漏磁，則r=R3，A=0時(shí) (23)另外的邊界條件是在r=R2時(shí) ， (24)在r=R1時(shí),因?yàn)闅庀断禂?shù)為 (25) (26)在上面的式中 (27) (28) (29)Zn是含有氣隙磁場(chǎng)對(duì)定子鐵芯深度影響的系數(shù)，當(dāng)深度到一定程度后。Zn趨于一致。參數(shù)Yn不但含有鐵芯深度的影響，也包含了相對(duì)導(dǎo)磁率的影響。當(dāng)相對(duì)導(dǎo)磁率增加時(shí)Y。趨于一致。根據(jù)上面的式子可以得到氣隙磁場(chǎng)分量。在轉(zhuǎn)子表面即r=R1時(shí) (210) (211)在定子內(nèi)表面即r=R2時(shí) (212) 發(fā)電機(jī)發(fā)生匝間短路的磁場(chǎng)分析 大型汽輪發(fā)電機(jī)均為兩極隱極式同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子為圓柱體，轉(zhuǎn)子表面開有一部分槽，槽內(nèi)放有分布式勵(lì)磁繞組。 根據(jù)全電流定律，可以得到正常情況下勵(lì)磁電流所產(chǎn)生的磁勢(shì)為一階梯波。它是由各槽內(nèi)線圈所產(chǎn)生的磁勢(shì)疊加而成的，中間的大齒部分沒有勵(lì)磁繞組，所以磁勢(shì)保持不變。階梯波磁動(dòng)勢(shì)的最大值為，其是轉(zhuǎn)子線圈每極的匝數(shù)，為勵(lì)磁電流。由于空氣的導(dǎo)磁率比鐵芯的導(dǎo)磁率小得多，所以空氣隙磁路的磁阻比鐵芯磁路的磁阻要大得多。如果把鐵芯磁路的磁阻都忽略不計(jì)，可以認(rèn)為整個(gè)磁回路的磁動(dòng)勢(shì)都消耗在空氣隙上了。階梯波磁勢(shì)可以分解為一個(gè)梯形波和一個(gè)由分布繞組引起的齒諧波。若把轉(zhuǎn)子展開并進(jìn)行磁勢(shì)分解，可得到如圖23中所示的轉(zhuǎn)子展開圖、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)波形圖、轉(zhuǎn)子主磁勢(shì)波形圖和轉(zhuǎn)子齒諧波波形圖。 在小齒區(qū)齒諧波為周期性規(guī)律的鋸齒波，其周期正好與小齒的開槽數(shù)目相等，周期間隔為一個(gè)齒距。每個(gè)鋸齒波的幅值與相應(yīng)槽內(nèi)安匝數(shù)成正比，如果將這個(gè)鋸齒波在小齒區(qū)域內(nèi)分解，可以得到一個(gè)基本齒諧波和一系列高階齒諧波，其中一階齒諧波周期與小齒槽數(shù)相同。選任一周期的鋸齒波，一個(gè)周期設(shè)為2：個(gè)電弧度(實(shí)際上為一個(gè)齒距)，則該磁勢(shì)可用下面的函數(shù)式表示為 (212)圖23 轉(zhuǎn)子展開圖及磁勢(shì)波形分解圖 Expansion plan and rotor magnetic potential waveform diagram根據(jù)傅立葉分解，在[]即一個(gè)齒距內(nèi)可分解為： (213)其中x為用一階齒諧波下電角度。這一結(jié)果說明每一個(gè)鋸齒波可以分解為一系列正弦波，其各階諧波的幅值均與相應(yīng)槽內(nèi)的安匝數(shù)成正比。當(dāng)勵(lì)磁繞組中通入電流時(shí)，產(chǎn)生兩種磁場(chǎng)，其一為主磁場(chǎng)，即通過氣隙和定子鐵芯交鏈的磁場(chǎng)；其次為轉(zhuǎn)子漏磁場(chǎng)，其表現(xiàn)形式主要為轉(zhuǎn)子的齒頂漏磁，這種漏磁主要分布在轉(zhuǎn)子表面附近，它不通過定子鐵芯，僅與轉(zhuǎn)子繞組本身相交鏈[5]。在均勻氣隙中，若不計(jì)轉(zhuǎn)子開槽以及主磁路飽和的
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