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1、第26卷第3期电工电能新技术Vol.26,No.32007年7月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJuly2007基于PEEC法的发电机定子绕组线棒高频电路模型魏燕飞,曹海翔,孙旭东,姜建国(清华大学电机工程与应用电子技术系,北京100084)摘要:建立合理的电机定子绕组电路模型,对于研究定子绕组绝缘局部放电信号的传播规律,了解局部放电信号的特征具有重要意义。部分元等效电路(PEEC)法是基于电磁场方程推导出来的等值电路模型,能够对一些用传统方法难以建模的复杂物理结构建立合理的电路模型,并且所建模型可以方
2、便地与其它模型(比如传输线模型)综合连接、计算仿真,该方法还能够综合考虑外部测量电路的影响,在集成电路高频电路模型建立中有广泛的应用。本文采用PEEC法原理,建立了电机定子绕组单根线棒高频电路模型和双根线棒的耦合传播模型,此方法克服了以往多导体均匀传输线理论在电机定子绕组电路模型建立中的不足。模型中的部分电感、部分电容等参数由PEEC原理结合相关计算软件求得。模型的仿真计算与实验结果比较,证实了所建模型的有效性及参数的准确性。关键词:局部放电;定子绕组;部分元等效电路(PEEC);传播模型;部分电感;部分电容中图分类号:TM303文献标识码:A文章编号:10032307
3、6(2007)0320006205只有合理建立传感器与绕组间的耦合模型,才能够1 引言真正了解局部放电信号的特性,才能够从根本上解局部放电既是电机定子绝缘劣化的征兆,同时决定位、放电量标定等问题,同时还可以对改进传感又会进一步加速绝缘的老化。因此,通过检测局部器结构的设计和特性提供指导。而多导体传输线模放电信号来监测电机定子的绝缘状态,对防止电机型难以建立包括传感器在内的复杂结构的模型。20[1,2]发生重大事故,保证其安全运行具有重大意义。世纪70年代提出的部分元等效电路(PartialElement由于汽轮发电机定子绕组的结构复杂,绕组中的EquivalentCir
4、cuit,简称PEEC)方法,在集成电路及[6,7]局部放电信号由放电点传播到检测传感器,再由传感PCB的建模分析方面有广泛的应用。近来,在大[3]器耦合出来,会有不同程度的衰减和变形。要想全尺寸地回路的高频电路模型建立方面也有了应[8,9]面了解放电脉冲信号的频域和时域特性,必须研究局用。部放电脉冲信号在包括传感器在内的定子绕组中的本文针对脉冲信号在大型汽轮发电机定子绕组传播规律。而要研究脉冲信号的传播规律,建立合理中的传播特性,首次应用PEEC方法建立了发电机的电路模型并确定其参数就尤为重要了。定子绕组单根线棒的等效电路模型和双根线棒的耦电机绕组的多导体均匀传输线模
5、型在一定程度合电路模型。通过模型仿真与实验结果的比较,验[4,5]上能够较好地描述绕组的特点,解决一定的问证了所建PEEC模型的有效性。题。但是,多导体传输线模型有以下几方面的问题:2 发电机定子绕组单根线棒的PEEC模型第一,绕组中局部放电信号的传输不是TEM模,建立多导体均匀传输线模型有一定的误差;第二,多导PEEC法是基于电磁场方程推导出来的等值电体均匀传输线模型难以建立合理的绕组端部电路模路模型,最初由IBM公司的Ruehli等人在计算复杂型;第三,检测的过程中得到的局部放电信号实际上集成电路的电感时提出。根据电磁场理论,多导体是从传感器上观察到的信号,而并非绕
6、组中的信号,系统中空间任意一点电磁场的积分形式表达式如收稿日期:2006212206作者简介:魏燕飞(19802),男,内蒙古籍,博士研究生,从事大型汽轮发电机定子绝缘局部放电在线监测研究;姜建国(19382),男,湖南籍,教授P博导,主攻大型汽轮发电机定子绝缘局部放电在线监测、电磁兼容。第3期魏燕飞,等:基于PEEC法的发电机定子绕组线棒高频电路模型7[10]下:响,将多股导线作为整个导体处理。在对模型进____行单元分割时,电容单元与电感单元之间需错开半__J(r,ω)μJ(r,ω)E0(r,ω)=+jω__dv′n+σ4π∫v′n
7、r-r′
8、个单元尺寸。文[6,9
9、]中对此有较为详细的阐述。ρ(_r,ω)本文所研究的555mm长的线棒模型中,按长度方向Δ1__dv′n4πε∫v′n
10、r-r′
11、等量划分为3个电感单元,那么电容单元个数为4___个,两端的电容单元长度分别为中间单元的一半。其中E0(r,ω)为外加电源所产生的电场强度;r是_从信号注入端到测量端,划分单元编号依次为1,2,_源点到场点的矢量;σ为导体的电导率;J(r,ω)为3,4。为了计算上的方便,在计算部分电感矩阵时,电流密度;ω=2πf,f为频率。参考地也对应划分为3个单元,分别与线棒导体的PEEC法将该积分方程描述的电磁场求解转换3
