定子匝间短路故障对发电机铁芯温升特性影响分析

作     者：张文 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何玉灵

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：发电机 定子匝间短路 气隙偏心 复合故障 铁芯损耗 温升特性 

摘      要：大型汽轮发电机是火电厂的核心设备。在国家发布的“中国制造2025战略纲领中,明确提出了提高各类型发电机组,尤其是大容量发电机组等电力装备制造水平的要求。气隙偏心、定子匝间短路是常见的发电机机电故障,在现有技术水平下,研究高频复杂工况下铁芯与损耗特性及温升规律,对于铁芯绝缘破坏的主动预防和冷却散热结构的逆向优化具有重要意义。本文以发电机定转子铁芯为研究对象,分析了发电机在正常运行、气隙偏心、定子匝间短路故障,以及气隙偏心和定子匝间短路复合故障下定转子铁芯温升特性,所做的主要工作和获得的主要研究结果如下:(1)对发电机气隙磁密和铁芯损耗特性分析。采用磁势与磁导相乘法、经典三项式铁耗模型,通过对正常工况、气隙偏心、定子短路故障和复合故障下气隙磁密的理论分析,得到不同工况下铁芯损耗理论公式。获得不同工况下发电机气隙磁密特性、定转子铁芯损耗特性以及不同短路程度与短路位置对铁芯损耗的影响规律,为定转子铁芯温升特性提供了定性分析的理论依据。通过有限元仿真计算,验证了理论分析的正确性。(2)对定子匝间短路故障下发电机铁芯温升特性进行研究。建立发电机铁芯磁-热耦合温升特性分析模型,讨论不同短路程度与不同短路位置对发电机铁芯温升的影响。有限元仿真计算结果表明,铁芯温升随着短路程度的增加而增加,转子铁芯温度最高处位于铁芯与转轴接触处的内表面,温度最低处位于转子铁芯外表面与气隙空气接触处;定子铁芯温度最高处位于定子铁芯内表面,温度最低处位于定子铁芯端面。当发生气隙偏心与定子匝间短路复合故障后,短路位置越靠近气隙最小位置处定转子铁芯温升就越明显。(3)对定子匝间短路故障下发电机铁芯温升特性进行实验验证。采集不同工况下定转子铁芯温升数据,将实验结果与仿真结果进行对比,验证了不同短路程度与不同短路位置对发电机铁芯温升特性的影响。