核电汽轮发电机定子内部短路故障特征与电磁性能研究

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1、工学博士学位论文核电汽轮发电机定子内部短路故障特征与电磁性能研究赵洪森哈尔滨理工大学2018年3月国内图书分类号：TM341工学博士学位论文核电汽轮发电机定子内部短路故障特征与电磁性能研究博士研究生：赵洪森导师：戈宝军申请学位级别：工学博士学科、专业：电机与电器所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TM341DissertationfortheDoctorDegreeinEngineeringResearchonFaultsFeaturesandElectromag

2、neticPerformanceRelatedtoStatorInternalShort-CircuitinNuclearPowerTurbo-generatorCandidate：ZhaoHongsenSupervisor：GeBaojunAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialty：ElectricalMachineandApparatusDateofOralExamination：March,2018University：HarbinUniversityofScience

3、andTechnology哈尔滨理工大学博士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文《核电汽轮发电机定子内部短路故障特征与电磁性能研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读博士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：赵洪森日期：2018年3月11日哈尔滨理工大学博士学位论文使用授权书《核电汽轮发电机定子内部短路故障特征与电磁性能研究》系本人在哈尔滨

4、理工大学攻读博士学位期间在导师指导下完成的博士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密，在年解密后适用授权书。不保密√。（请在以上相应方框内打√）作者签名：赵洪森日期：2018年3月11日导师签名：戈宝军日期：2018年3月11日核电汽轮发电机定子内部短路故障

5、特征与电磁性能研究摘要随着我国核电技术向第三代大容量、高性能转变，其核心装置核电汽轮发电机的单机容量也逐渐增大。大型核电汽轮发电机组的故障停机会导致重大的经济损失，因此大型核电汽轮发电机的安全稳定运行越来越受到人们的关注。定子内部短路故障是大型同步发电机内一种较为常见且破坏性很强的故障，故障诊断方法与保护方案一直是研究的热点。大型同步发电机定子内部短路的故障特征与物理量的变化规律不仅是故障诊断与保护的基础，对其他特种电机的内部故障监测与保护也具有一定的参考价值。因此，核电汽轮发电机定子内部短路故障特征与电磁性能的研究具有重要的理论意义和实

6、际价值。提出了同步发电机定子内部短路故障暂态过程中电磁转矩特性的解析分析方法，着重研究在考虑偏心振动的影响下，定子内部短路故障后暂态过程中电磁转矩的幅频特性。建立同步发电机二维场-多回路耦合数学模型，采用动模实验验证了仿真模型的准确性。同时结合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，并对故障前后电磁转矩进行频谱分析。基于理论与仿真分析结果，提出了利用故障暂态过程中电磁转矩特性作为定子内部短路故障诊断特征的方法。短路故障后各频率电磁转矩特性随着短路匝数和短路位置变化规律的研究，反映了暂态过程中电磁转矩特性作为故障特征具

7、有较高的灵敏度。为了研究定子内部短路故障对转子涡流损耗的影响，建立了核电汽轮发电机二维场-多回路耦合数学模型。计算了核电汽轮发电机故障前后影响转子表面涡流损耗的气隙磁密，并利用快速傅立叶方法对气隙磁密进行谐波分析，得到了故障后气隙磁密各次谐波的瞬态变化以及不同故障情况下各次谐波幅值平均值的变化规律。结合涡流损耗计算方法，计算并分析了核电汽轮发电机定子内部短路故障前后转子表面小齿和槽楔的瞬态涡流损耗与一个周期内的平均涡流损耗。通过对不同故障情况下转子表面小齿、大齿和槽楔平均涡-I-流损耗的计算，得到了定子内部短路不同故障情况下转子表面涡流损

8、耗的分布规律，为不同故障下电机温升的研究奠定了基础。为了研究定子内部短路故障对核电汽轮发电机电磁力动态变化与分布的影响，在核电汽轮发电机磁场计算结果的基础上，结合麦克斯韦张量法与洛伦兹力原理对