定子绕组匝间短路时发电机电磁转矩分析_方红伟

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究是一项关于双馈异步发电机在定子匝间短路情形下电磁转矩特性研究的工作，它涉及到发电机的励磁电流、定子电压、额定转速以及发电机的电磁转矩特性。

定子匝间短路是发电机在供电系统中常见的故障情况，有时也会受到操作失误或者设备故障等因素的影响而发生。

定子匝间短路后电磁转矩的变化将直接影响发电机的性能，如发电量、调速精度等，因此对发电机在定子匝间短路时电磁转矩特性进行研究及时发现故障并进行控制处理就显得尤为重要。

双馈异步发电机是一种新型发电机，它具有体积小、重量轻、转矩大、可调速范围广等优点，使之成为航空、船舶、电力、汽车、火车等领域的核心部件，因此对双馈异步发电机在定子匝间短路时的电磁转矩特性的研究具有重要的实际意义。

在定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究中，主要围绕发电机的电磁转矩特性展开。

首先，需要分析发电机的工作原理，即发电机在定子匝间短路情形下的电磁转矩的产生机理；其次，分析双馈异步发电机在定子匝间短路时励磁电流、定子电压、额定转速及其变化趋势对电磁转矩的影响；最后，根据实验数据对双馈异步发电机在定子匝间短路时的电磁转矩特性进行分析，以期为发电机的控制及故障处理提供参考。

在研究过程中，需要使用双馈异步发电机模型进行仿真，以确保研究结论的准确性。

在仿真过程中，需要定义发电机的参数，如电磁转矩、定子电压、额定转速等，并设置运行条件，如励磁电流、定子匝间短路时间等，以期获得真实的发电机电磁转矩特性。

定子匝间短路时双馈异步发电机电磁转矩的研究不仅可以为发电机的故障处理提供参考，还可以为发电机的控制提供基础。

它可以帮助研究人员更好地掌握发电机的特性，从而更好地控制发电机，提高发电机的运行效率，最终为用户提供更优质的服务。

定子绕组匝间短路故障诊断分析一、定子绕组匝间短路故障的表现当电机存在定子绕组匝间短路故障时，常常会出现以下几个方面的表现：1.增大电机运行的噪音：匝间短路故障会导致电机的运行产生异常噪音，其主要表现为嗡嗡声、响声等。

这是因为匝间短路会导致绕组的电流分布不均匀，从而引起电机的振动和噪音。

2.行程限制：定子绕组匝间短路故障还会导致电机的转子与定子之间的间隙变小，甚至引起机械交锋，使得电机的行程变得不正常，运行受限。

3.温度升高：定子绕组匝间短路的存在会引起电机的温度升高，这是因为匝间短路会导致绕组的电流密度增大，进而产生更多的热量。

4.异常电流：绕组匝间短路会导致电机的工作电流异常，出现波动或异常升高的情况。

同时，匝间短路会导致电机工作效率下降，从而使电机的功耗增加。

以上是定子绕组匝间短路故障的一些常见表现，但需要注意的是，这些表现可能与其他故障或问题有关，因此需要进行深入的诊断和分析。

二、定子绕组匝间短路故障的诊断方法1.观察和听觉检测法：通过观察电机运行的噪音变化和外部温度的升高情况，初步判断是否存在定子绕组匝间短路故障。

同时，通过电机运行时的听觉检测，如听嗡鸣声、弦音等，也可以作为诊断定子绕组匝间短路故障的参考。

2.温度检测法：通过定期测量电机运行过程中的温度变化情况，如果发现温度异常升高，可能存在定子绕组匝间短路故障。

同时，还可以通过红外热像仪等设备进行温度画像检测，确定热点位置，进一步判断故障位置和程度。

3.电阻检测法：在电机停机状态下，使用万用表或电阻测量仪器对电机的定子绕组进行电阻检测。

对于正常的定子绕组来说，应该是一定程度上均匀的变化。

如果存在匝间短路故障，其中一个或多个匝间的电阻值将会偏离正常范围。

4.高压绝缘测试法：通过对电机定子绕组进行高压绝缘测试，检测绝缘强度是否符合要求。

如果存在匝间短路故障，由于绝缘的破坏和强度下降，高压测试会出现异常现象。

5.电流检测法：通过电流检测仪器对电机运行时的工作电流进行监测和分析。

Power Technology︱330︱2019年12期某电厂350MW 发电机匝间短路故障的分析与处理尹豪杰中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司，陕西 西安 710054摘要：大型发电机在电力系统中占有重要地位，而现阶段采用定子绕组水冷方式的发电机组占有极大比重，本文结合一例由发电机定冷水引发的发电机匝间保护动作引起的短路故障事故，分析了其原因并提出建议。

关键词：发电机匝间短路；差动保护；过渡引线；定子冷却水某电厂一号机组系东方电气股份有限公司东方电机厂制造生产，型号QFSN-350-2-20，额定功率350MW，定子绕组连接方式YY，冷却方式水氢氢冷，定子绕组绝缘等级F 级，运行额定氢压0.3MPa，定冷水压力0.1-0.2MPa，进水温度≤45±3℃，机组于2018年1月首次并网。

1 故障概况18:37，机组负荷330MW，A 定冷水泵运行，定冷水箱水位593.6mm，定冷水流量46-47t/h，发电机定子冷却水进水温度43.6℃，发电机定冷水回水温度53℃-55.9℃;定冷水电导率 1.17μg/cm；发电机内氢气压力296kPa，冷热氢温度正常。

18:38，运行人员发现发电机定子引出线出水温度1：106℃、温度2：45.9℃、温度3：48.9℃；3个测点温度偏差大且温度1显示数值存在跳变情况，随即开始减机组负荷。

18:46:52，机组“发电机故障”跳闸发出，发电机出口开关3301跳闸、灭磁开关跳闸、主汽门关闭、发电机有功到0、发电机无功到0、厂用电快切成功。

现场检查发变组保护A、B 屏报警，均报发电机差动速断跳闸、发电机差动跳闸、发电机匝间跳闸，故障录波器启动。

2 保护动作情况分析2.1 保护动作波形记录及分析由于两套发变组保护装置波形基本一致，仅分析A 套装置波形，发电机差动电流波形如下图1：图1 发电机差动电流波形图1显示，在保护最初启动时的C 线，发电机差流基本为0，但是发电机三相电流明显比启动前（时间轴0以前）增大，其中C 相电流最大，且其幅值等于A 相和B 相之和；在差动速断动作的R 线时刻，发电机出现三相差流且幅值很大（接近10Ie），大于发电机差动速断定值，发电机差动速断动作；差流也满足比率差动定值，故比率差动以及工频变化量差动相继动作。

一种新的无刷发电机转子绕组匝间短路故障的检测方法张超;夏立;王林【摘要】无刷发电机转子匝间短路故障发生频率高且难以检测.以发电机定子绕组线圈为对象,分析了发电机转子绕组匝间短路时,定子绕组并联支路内的感应电动势特性,以及由此引起的转子绕组上的谐波特性.将励磁电流中的特征频率成分看成谐波源,研究了故障特征向励磁机侧传递的规律,得到了故障时励磁机励磁电流的谐波特征,从而提出了一种基于励磁机励磁电流的转子绕组短路故障的检测方法.运用故障模拟发电机组进行了动模试验,试验验证了理论分析的正确性和有效性.【期刊名称】《电机与控制应用》【年(卷),期】2010(037)004【总页数】5页(P63-67)【关键词】无刷发电机;转子绕组;匝间短路;故障检测【作者】张超;夏立;王林【作者单位】海军工程大学,电气与信息工程学院,湖北,武汉,430033;海军工程大学,电气与信息工程学院,湖北,武汉,430033;海军驻武汉701所军事代表室,湖北,武汉,430064【正文语种】中文【中图分类】TM307+.10 引言转子绕组匝间短路是发电机的常见故障，会出现发电机组振动超标、无功严重降低(励磁电流超过额定要求)、转子温度高等异常运行工况，危及发电机组的安全运行。

因此，有必要在故障初期给出预警或检修方案，以最大程度地减小故障损失。

目前，对于发电机转子绕组匝间短路故障的检测，有较多的文献报道。

文献[1]分析了定子绕组内环流的谐波成分，认为定子绕组并联支路内，奇数次谐波环流的出现和增长是转子短路故障的特征，并试验验证了随着短路情况的严重，频率为30 Hz的环流几乎成线性增长;文献[2]认为转子绕组短路故障引起定子绕组并联支路二次谐波环流的增加，且幅值随短路程度的增加而增加，但对于实际运行的发电机，并联支路的接头在发电机的机壳内，故障特征测试不方便;文献[3]将转子径向工频振动幅值作为转子匝间短路故障的特征量，但是需要对转子安装侵入式的振动传感器;文献[4]分析了转子匝间短路时励磁电流的谐波特征，但是对无刷发电机而言，发电机励磁电流不可测;文献[5]应用小波变化对探测线圈法进行改进，采用小波分析法对电势波形的一阶微分信号进行处理，通过发现信号畸(突)变点及小波变换幅值极大值处，从而判断匝间短路故障的存在及故障点的位置;但是，这种方法要求转子处于旋转状态，所以在转子安装前和半成品时不能采用，而且从调研的资料发现，国内绝大多数电厂现有及新设计的电机中，极少装有这种测量线圈，并且安装这种线圈需要的停机时间也很长。

基于GRU模型的发电机转子绕组匝间短路故障诊断马高海;刘大炜;杨宏宇;史宗辉【期刊名称】《电力科技与环保》【年(卷),期】2022(38)6【摘要】针对发电机转子绕组匝间短路早期故障不易检测的问题,本文提出了一种基于门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)的深度学习网络模型来进行发电机转子匝间短路故障诊断方法。

发电机在发生匝间短路故障时会形成不平衡的电磁脉冲力,使发电机产生振动;采用振动特性方法分析绕组匝间短路故障时气隙磁势、励磁电流、气隙磁密等电气参数的变化,计算出使发电机产生振动的电磁脉冲力大小。

并以某250 MW燃气发电机组为例进行了匝间短路故障检测试验,试验数据由发电机正常状态、匝间短路状态、其他故障状态的振动数据组成,共计900组,数据处理采用深度学习中的GRU神经网络模型,提取振动信号中的故障特征与时间序列特征,进而实现发电机转子绕组匝间短路故障的诊断。

结果表明,绕组匝间短路故障时会产生f、2f、3f、4f、5f倍频的振动,其中2f倍频振动相对较大,符合理论分析结果;利用GRU神经网络模型对发电机转子绕组匝间短路故障进行诊断,准确率达到95.14%,高于AlexNet、VGG16等其他深度学习方法。

通过试验可知,GRU模型可有效对发电机转子绕组匝间短路故障进行诊断。

该研究可以在故障初期通过振动信号发现发电机匝间短路故障,为绕组匝间短路故障诊断提供了新思路。

【总页数】8页(P467-474)【作者】马高海;刘大炜;杨宏宇;史宗辉【作者单位】国能浙江余姚燃气发电有限责任公司;上海博英信息科技有限公司;沈阳工业大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TM301.3;TH17;TK229.8【相关文献】1.基于励磁阶跃法的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断2.基于转子平均瞬时功率的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断3.基于无功相对偏差的无刷励磁发电机转子绕组匝间短路故障诊断新判据4.基于支持向量机的发电机匝间转子绕组短路故障诊断5.基于GA-BP的船舶同步发电机定转子绕组匝间短路故障诊断研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

专利名称：一种双定子永磁同步电机匝间短路故障诊断方法专利类型：发明专利
发明人：张蔚,王家乐,关文慧
申请号：CN202011304745.9
申请日：20201119
公开号：CN112505581A
公开日：
20210316
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种双定子永磁同步电机匝间短路故障诊断方法，首先分别在定子1与定子2的α轴和β轴注入幅值相等、相位相同的高频电压信号，其次将定子1与定子2的α轴和β轴的电流信号通过两相旋转变换得到电流信的直流分量和相位角信息。

然后，分别判断定子1和定子2是否出现匝间短路故障：如果定子1的故障指标则判断定子1正常，定子2同理。

若定子1与定子2都没有出现匝间故障，则判断电机正常。

若其中定子1或定子2的故障指标则判断相应定子出现匝间短路故障。

最后，若定子1或定子2单独发生故障，通过各电流相分别做差得到相位差，判断具体故障相。

申请人：南通大学
地址：226019 江苏省南通市崇川区啬园路9号
国籍：CN
代理机构：南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)
代理人：吴旭
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基于转子平均瞬时功率的双馈异步发电机定子绕组匝间短路故障诊断马宏忠;张艳;魏海增;付明星;黄春梅【摘要】由于双馈异步发电机转子参数的可测性,提出一种基于转子平均瞬时功率的定子绕组匝间短路故障诊断方法.首先推导出计及高次谐波的双馈异步发电机正常及发生定子绕组匝间短路故障时的转子平均瞬时功率的表达式,然后建立了双馈异步发电机的多回路数学模型,并对其正常和不同程度匝间短路故障时的转子平均瞬时功率进行仿真计算.对仿真结果进行频谱分析,得到定子绕组匝间短路故障前后转子平均瞬时功率谐波分量的变化规律,并验证了理论分析的正确性.分析结果表明转子平均瞬时功率谱直观简洁,其2倍频分量不受转差率影响,高次谐波分量对定子绕组匝间短路故障有较强的灵敏性.%A method of stator winding inter-turn short circuit diagnosis for DFIGs(Doubly-Fed Induction Generators)is proposed due to the measurability of rotor parameters of DFIGs.With the consideration of high-order harmonic,the expressions of instantaneous rotor average power in conditions of normal and stator winding inter-turn short circuit are deduced,then the multi-loop mathematical model of DFIGs is established,and the simulation calculation of rotor average instantaneous power in conditions of normal and stator winding inter-turn short circuit in different degrees is carried out.The variation of harmonic component of instantaneous rotor average power is obtained by the spectrum analysis of simulative results,which verifies the correctness of theoretical analysis.The results also show that the rotor average instantaneous power spectrum is intuitional and simple,the 2nd-orderharmonic components are not affected by slip ratio and the high-order harmonic components have strong sensitivity to stator winding inter-turn short circuit.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】6页(P151-156)【关键词】双馈异步发电机;转子平均瞬时功率谱;定子匝间短路;多回路法;频谱分析【作者】马宏忠;张艳;魏海增;付明星;黄春梅【作者单位】河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100;河海大学能源与电气学院,江苏南京211100【正文语种】中文【中图分类】TM7740 引言在当今清洁能源大力发展的背景下，风力发电装机容量急剧增加，其中双馈异步发电机以其调速范围宽、有功和无功功率可独立调节以及所需励磁容量较小的优点，迅速成为风电机组中的主流机型[1-3]。

定子绕组匝间短路对发电机电磁转矩特性的影响赵洪森;戈宝军;陶大军;文茹馨;邢广【摘要】基于场路耦合原理,首先建立了能够充分考虑发电机电磁饱和、磁极形状和齿槽效应的有限元数学模型,并采用麦克斯韦张量法计算了同步发电机定子内部短路故障前后的电磁转矩.通过对故障前后电磁转矩的频谱分析得出,定子发生内部短路故障后会产生很强的基频电磁转矩和二倍频电磁转矩.在此基础上,研究了暂态过程中基频电磁转矩、二倍频电磁转矩以及稳态过程中二倍频电磁转矩随故障匝数和短路位置的变化规律,该结果对于同步发电机内部短路故障的监测与诊断具有重要意义.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)005【总页数】7页(P192-198)【关键词】发电机;短路故障;电磁转矩;场路耦合;麦克斯韦张量法【作者】赵洪森;戈宝军;陶大军;文茹馨;邢广【作者单位】哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨 150080;哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨 150080;黑龙江省电力科学院哈尔滨 150030;哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】TM315Abstract Based on the field-circuit coupled principle，the finite element mathematics model fully considering generator electrom agnetic saturation，pole shape，and slot effect is built in this paper.The electromagnetic torque before and after the short-circuit fault in the synchronous generator stator winding is calculated by th e Maxwell’s tensor method.The strong fundamental frequency and doubl e fundamental frequency electromagnetic torques are found by analyzing t he electromagnetic torque spectrum after the stator short-circuit fault.Furthermore，the change rules of the fundamental frequency and double frequency elect romagnetic torques in the transient process and the double frequency elec tromagnetic torque in the steady state along with the short-circuit fault turns and position are revealed.The results are important for di agnosis and detection of the short-circuit faults within synchronous generator stators.同步发电机定子绕组匝间短路是一种常见的电气故障，随着发电机单机容量的不断增大和对发电机安全可靠性的要求不断提高，国内外学者愈加重视发电机定子绕组内部故障诊断和保护[1-4]。

发电机定子绕组端部电磁力计算与分析摘要：文章以国产600MW汽轮发电机为研究对象，针对定子绕组端部结构，提出了采用镜像法原理、毕奥萨戈尔定律和叠加原理计算端部电磁力密度的方法。

计算仿真结果展示了发电机端部结构电磁力分布特点，并对定子绕组端部结构优化提供了参考。

关键词：汽轮发电机；定子绕组端部；电磁力1 前言大型汽轮发电机定子端部绕组是一组庞大的载流导体，运行时这种载流体在端区强大的漏电磁场环境中将受到很大的电磁力作用，进而产生相应的振动[1]。

因此研究发电机定子绕组端部电磁力分布特点有很大的意义。

2 定子绕组端部电磁力计算模型1.1 数学模型以哈尔滨电机厂某600MW大型发电机为原型，建立了大型汽轮发电机定子绕组端部电磁场和电磁力分析计算的数学模型。

对端部磁场进行一定的简化，作以下假设：1）不计位移电流，忽略绕组电流高次谐波； 2）设铁磁介质的导磁系数为无穷大，忽略护环、中心环、端部压指、压圈、压指（或压板）、磁屏蔽、转轴、端盖及气隙的影响[2]；3）不计端部结构件中的涡流损耗，忽略磁滞效应并设铁心材料各向同性，具有单值的B-H曲线；4）忽略转子绕组的影响；5）同层线棒的形状相同，以线棒的中心线代替实际的线棒，每根线棒上的圆弧区域以直线段代替。

根据绕组端部渐开线部分的特点，采用一种较简单的直线段拟合渐开线部分的方法［3］。

每根上、下层线棒各划分为28个单元，其中，出槽口直线段各分为4个单元，渐开线各分为20个单元，鼻端各分为4个单元。

定子绕组端部线棒分段及力的方向示意图如图1所示。

式中：Fr, Fθ, Fz-分别是该线棒在某一时刻所受的径向、切向和轴向电磁力密度；m-被计算线棒的28个单元，m=1,2,…,28；kr1 ,kr2, kr3, kθ1, kθ2, kθ3, kz1, kz2, kz3-系数。

3 电磁力计算结果与分析通过对整个绕组的电磁力密度进行计算发现，处于相带交界处的线棒在相带电流达到最大值时的电磁力密度是相带内最大的。

试论同步发电机转子绕组匝间短路故障特征分析王磊发表时间：2017-12-01T10:09:48.137Z 来源：《电力设备》2017年第22期作者：王磊[导读] 摘要：本文重点对转子绕组匝间出现短路时的定子与转子绕组故障特征进行了分析，我们结合8kW发电机故障模拟工作平台的案例分析，提出了应通过认识同步发电机的转子绕组匝间短路的时候，其往往能够得出适用于一般电机结构的发电故障特征研究规律。

（杭州中燃城市燃气发展有限公司 311200）摘要：本文重点对转子绕组匝间出现短路时的定子与转子绕组故障特征进行了分析，我们结合8kW发电机故障模拟工作平台的案例分析，提出了应通过认识同步发电机的转子绕组匝间短路的时候，其往往能够得出适用于一般电机结构的发电故障特征研究规律。

关键词：同步发电机；转子绕组；匝间短路故障；特征分析0 引言在同步发电机之中，因绕组匝间短路所导致的电气故障屡见不鲜。

在一般情况下，轻微的转子匝间短路将不会对发电机造成直接影响，而在目前的匝间短路问题中，往往是因为转子绕组短路所导致的，为此需要针对于短路问题的存在来进行保护与处理。

如果不加强对这些问题的关注，将会导致因电流温度过高所导致的机械功率耗费，也就会间接诱发故障的产生，使得转子铁芯能够引起转子的轴承磁化，这些问题还会让整个机组的安全运行面临巨大的安全威胁。

在本文中，笔者将通过对同步发电机的转子绕组短路问题进行具体的故障特征分析，来更好地认识短路故障。

1 转子绕组匝间出现短路时的定子与转子绕组故障特征分析同步发电机处于正常状态的时候，励磁绕组所产生的磁动变化将会带来同步旋转，而定子产生的电流磁势会保持同一转速与方向而在空气间隙中不断旋转。

定子绕组的感应电流会在转子绕组匝间处于短路状态的时候，于间隙产生谐波磁动势。

当处于第m次谐波磁动势的时候，线圈短矩系数的分布不为零。

而转子绕组上所产生的感应谐波会出现磁动势，它的频率为rnm60的倍频。