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1、中国电力教育2007年研究综述与技术论坛专刊定子匝间短路检测方法及其分析X段琰璞(华北电力大学研究生院[筹],河北保定071003)摘要:定子匝间短路是电机常见故障的一种。本文从电机的结构和检测状态两方面对定子匝间短路检测方法的基本原理和基本步骤进行简要地阐述,并对各种方法的优缺点进行了分析和比较。关键词:定子;匝间短路;状态检测交流异步电动机是工业生产中广泛应用的动力设备,其他支路的互感。其良好的运行状态关系到全局生产的顺利进行。对动力电两条支流之间的电压差UÛα12可以表示为:机运行状态进行检测,实时掌握电机的运行数据、状态参数,UÛα12=-ÛEα1+jωγLα1+jωγ∑Mα1iÛ
2、Ii-i历来为企业界所重视。定子匝间短路是发电机的一种常见jωγ∑Mα2kÛIk+jωγLα2ÛIα2-ÛEα2(1)i电气故障,如果不能在故障早期及时检测出该故障,会造成正常情况下,Wa1=Wa2,根据上式,奇次谐波磁势通过定巨大的经济损失,因此通过对定子绕组的有效检测可以及时子并联支路时电压差为0,不会产生环流。然而,偶次谐波磁的检测出故障,以达到减少经济损失的目的。运行经验表势通过定子并联支路时,ÛEa1=ÛEa2,产生偶次谐波电压差UÛα12:明,电动机定子匝间短路故障往往导致相间短路和接地故UÛα12=-2ÛEα1+jωγ(Lα1-ÛIα2)+障,危害严重。加之这类故障的发生率高
3、达30%,因此必须[1]jωγ∑Mα1iÛIi-jωγ∑Mα2kÛIk(2)分析其故障特征进而予以灵敏、可靠的监测。由此可见,ik准确地监测定子匝间短路故障是十分必要的。当发生故障时,Wa1≠Wa2,各次谐波磁动势都不相等,目前国内有很多种方法对定子绕组进行在线检测,本文并有偶次谐波通入,定子绕组间将产生各次谐波电压差和环[2]主要对负序电流分量法、环流特性分析法、振动特性分析法、流,并且随着短路程度的增加而增加。定子负序视在阻抗法等。本文对上述方法的基本原理和实二、负序电流分量法施步骤进行了简要地说明,并对各种方法的优缺点进行了分负序电流分量法是通过测量电动机定子电流的负序分[3]析和比
4、较。量判断匝间短路是否发生及其严重程度。此种方法考虑一、环流特性分析法了电动机电压不平衡、负荷变化等因素对匝间短路故障诊断定子支路环流特性分析法的基本原理是根据发电机正的影响,因而具有很高的准确性。其基本原理是:电动机定常运行时Wa1=Wa2,气隙主磁势仅有奇次谐波,并联支路间子电流派克矢量(iD,iQ)定义如下:电压差为0。当定子绕组发生匝问短路故障时Wa1≠Wa2,两211iD=iA-iB-iC(3)条支路感应的各次谐波电势幅值都不相等,从而在定子绕组366并联支路之间出现各次谐波电压差和环流。11iQ=iB-iC(4)22在理想情况下iA,iB,iC,按正弦规律变换且对称的,则式6(
5、3)、(4)可简化为如下形式,iD=Imsin(ωt)26πiQ=Imsin(ωt-)(5)22图1定子绕组并联支路图显然,在复平面,电流派克矢量(iD,iQ)的末端轨迹基本当发电机在正常情况下运行时,定子A相绕组并联支路上为一圆形,由于定子三相电流实际上不完全对称,因此不的电路图如图1所示。图中忽略了定子绕组支路电阻;La1,是纯粹的圆形,而是有一定程度的畸变。如果定子某相绕组La2分别为A相2条支流的自感;Ma1i,Ma2k分别为2条支流与发生匝间短路,则三相电流的平衡遭到破坏,定子电流派克X作者简介:段琰璞(1985-),男,内蒙古赤峰人,华北电力大学研究生院(筹)电机与电器专业06
6、级硕士研究生。60定子匝间短路检测方法及其分析矢量(iD,iQ)的末端轨迹变成椭圆形,其椭圆率对应故障的112uguecos[(2ω+ωr)t-pθ]+ugcos(2ωrt-pθ)+uguecos(ωrt24严重程度,其倾斜方向则与故障对应。112三、振动特性与定子电流分析法-pθ)+2uguecos[(2ω+ωr)t+pθ]+8uecos[2(ω+ωr)t-由于受电动机结构固有不对称等因素的影响,单纯利用122pθ]+uecos[2(ω-ωr)t+2pθ](9)振动频谱分析法或定子电流信号频谱分析法诊断定子线圈8经分析得,电磁脉振力波中除了具有直流分量、转频分匝间短路故障,不能得到准确可
7、靠的诊断结果。因此,提出量以及基波分量外,还具有基波分量与转频分量相耦合的特了一种新的方法,就是根据振动谱分析与定子电流谱分析的征分量等。相关性来判断定子匝间故障。其基本原理是当振动谱与电定子故障产生结构不对称而引起气隙磁场发生的改变,流谱具有相同的谐波分量时,其特征频率处幅值增强,反之[4]将在定子电流中感应出故障特征谐波分量。其表达式为:减弱。n异步电动机定子线圈匝间短路时在线圈短路环中形成ωst=ω[(1-s)±k
