汽轮发电机转子匝间短路故障的有限元分析

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1、第32卷第1期黑龙江电力2010年2月汽轮发电机转子匝间短路故障的有限元分析张春莉，王锐(1．哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨150040；2．哈尔滨电机厂交直流有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)摘要：以300MW汽轮发电机为例，在建立其二维有限元数值模型基础上，对瞬变电磁场有限元分析过程进行了分析与推导。同时阐述了汽轮发电机在不同工况下磁场分布情况，以及转子绕组发生不同匝间短路故障时通过探测线圈波形进行计算与分析。关键词：汽轮发电机；匝间短路；有限元中图分类号：TM301．44文献标识码：A文章编号：10

2、02—1663(2010)01—0025—03FilliteelementanalysisoftheinterturnshortcircuitoftheturbogeneratorsrotorsZHANGChunli，WANGRui(1．HarbinInstitutionofLargeGenerator，Harbin150040，China；2．HarbinAC／DCElectricMachineryCompanyLimited，Harbin150040，China)Abstract：Takingthe300MW

3、turbogeneratorforexample，thispaperanalyzesanddeducesthefiniteelementanal—ysisoftransientelectromagneticfieldonthebasisofthegenerator~2Dconvectionmodel，andexpoundsthedistri—butionoftheturbogeneratorindifferentelectromagneticfieldsandcalculatestheinterturnshort

4、circuitsbydetec—tingwaveformofwinding．Keywords：turbogenerator；interturnshortcircuit；finiteelementO引言1汽轮发电机瞬变电磁场的有限元转子匝间短路是汽轮发电机生产、运行中的一分析种常见故障。由于其对机组正常运行影响不大或二维情况下，汽轮发电机瞬稳态磁场可由如下故障特征不明显，经常被忽略，但长期运行下去，匝的矢量磁位方程确定：间短路故障会导致1点甚至2点接地。有时甚至会Jt．击()+(舅)=一t，+()损坏护环，造成转子

5、大轴磁化，严重威胁机组的安a，：0全运行。式中，A为矢量磁位；为材料的磁阻率；-，为外加电多年来，由于匝间短路发展为接地故障的事例流密度；Jr1为求解场域的外边界，即汽轮发电机的整并不少见。个横截面，这里满足一类齐次边界条件。为此，有必要对汽轮发电机匝间短路故障下的计算场域如图1所示。磁场分希隋况进行分析研究，以避免对转子匝间短式(1)经有限元离散，可以得到如下形式的节路故障的误判、漏判，减少动平衡期间不必要的开点磁位方程组：机次数和时间，从而节约大量的人力、物力和时间。KA+H：cI(2)收稿日期：2009—1

6、2—30作者简介：张春莉(1975一)，女，1997年毕业于哈尔滨工业大学微特电机及控制电器专业，主要从事电机电磁场的理论研究与分析工作，高级工程师。Vo1．32No．1HeilongjiangElectricPowerFeb．2010K=∑厂●●●●1，L：+t三I、¨666m6m26m+++mm(]●●●●j3图2300MW汽轮发电机空载磁场分布图1300MW汽轮发电机计算场域6。6，+c+c2i6+c一1对称6’J-J。11H=∑o-A(4)l2611ll2126c=筹ILI㈩1J图3300MW汽轮发电机负

7、载磁场分布用第一类边界条件修改方程(1)，并用数值法求解修改后的方程组，可得到整个域内各个节点磁位的数值解。在节点磁位求出后，即可获得汽轮发电机整个磁场分布。在以上有限元计算分析基础上，以300MW汽轮发电机为例，对其空载和负载情况下的磁场分布进行了计算，300MW汽轮发电机空载、负载磁场分布情况如图2、图3所示。2探测线圈波形的计算与分析以前面汽轮发电机磁场有限元分析为基础，对300MW汽轮发电机转子绕组在发生匝间短路情况图4转子结构和槽形标号示意图下通过探测线圈波形进行了计算与分析。300MW况和负载工况下，

8、转子5号槽发生匝间短路情况汽轮发电机转子绕组及槽中股线分布情况如图4下，通过探测线圈波形分布情况进行计算，不同工所示。况下线圈波形图如图5、图6、图7所示。汽轮发电机在不同工况即裸转子工况、空载工一26一第32卷第1期黑龙江电力2010年2月>>(a)正常运行情况(a)正常运行情况一_之J．．．m．．>”’’(b)发生匝间短路情况(b)发生匝问短路情况图5裸转子工况探测线