CN105606952A - 一种发电机内部短路故障点位置的分析方法 - Google Patents

Abstract

一种发电机短路故障点位置的分析方法，它涉及一种发电机内部短路故障点的分析方法。本发明的目的是为了解决现有技术中对定子线圈的分析以整个线圈为基本单位，使故障点无法深入到线圈内部，造成仿真故障点和实际故障点存在较大差异，导致仿真结果误差较大的问题。本发明将发电机定子绕组的每个线圈利用第一节点、第二节点、第三节点、第四节点、第五节点、第六节点和第七节点划分成六部分，依次为第一端部电阻单元、第一直线段单元、第二端部电阻单元、第一端部漏抗单元、第二直线段单元和第二端部漏抗单元。本发明将每个线圈分成六部分，包括7个节点，这样模拟短路点的建立更加灵活，仿真效果更佳精准。

Description

一种发电机内部短路故障点位置的分析方法

技术领域

本发明涉及一种发电机短路故障点的分析方法，具体涉及一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，属于发电机内部故障分析技术领域。

背景技术

随着发电机容量和体积的不断增加，发电机的造价随之增加。如果发电机发生绕组内部短路故障，则会产生巨大的短路电流，这样不仅容易烧毁电机的绕组，甚至会对电力系统的稳定运行造成严重的危害，造成不可估量的经济损失。

为了及时检测出发电机绕组内部短路故障，发电机组必须配置有效的主保护方案。然而，主保护方案的配置依赖于准确地计算短路故障电流，所以解决这一问题的关键在于提出更加准确合理的同步电机内部短路故障模型。

目前常用的分析发电机内部短路故障的模型是多回路法模型，该模型可以考虑气隙磁场的谐波作用、故障的空间位置和绕组形式等因素，但多回路法模型以整个定子线圈为基本单位，这制约着多回路法的仿真故障点的位置，使故障点无法深入到线圈内部，造成仿真故障点和实际故障点存在较大差异，导致仿真结果存在误差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中对定子线圈的分析以整个线圈为基本单位，使故障点无法深入到线圈内部，造成仿真故障点和实际故障点存在较大差异，导致仿真结果误差较大的问题。

本发明的技术方案是：一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，适用于采用场路耦合法仿真发电机内部短路故障，包括以下步骤：

步骤一、将发电机定子绕组的每个线圈利用第一节点、第二节点、第三节点、第四节点、第五节点、第六节点和第七节点划分成六部分，依次为第一端部电阻单元、第一直线段单元、第二端部电阻单元、第一端部漏抗单元、第二直线段单元和第二端部漏抗单元；

步骤二、定义相邻两线圈的第四节点之间为第一短路点，所述第一短路点覆盖整个上侧端部短路区域，相邻两线圈的第三节点和第五节点之间为第二短路点，第二短路点覆盖整个直线段短路区域，相邻线圈的第一节点和第七节点之间为第三短路点，第三短路点覆盖整个下侧端部短路区域；

步骤三、根据相邻两线圈的上层边所跨过的距离判定仿真故障点的位置，在相应短路点处建立短路电阻单元，进行发电机内部短路分析，所述判定故障点位置的方法具体包括：

定义绕组的第一节距为y₁，第二节距为y₂，两个线圈上层边所跨过的距离为d；

当y₁＜d时，则仿真故障点位于端部，用第一短路点进行模拟；

当y₁＝d时，则仿真故障点位于槽内，用第二短路点进行模拟；

当y₁＜d＜(y₁+y₂)，则仿真故障点位于端部，用第三短路点进行模拟；

当d>(y₁+y₂)，则两个线圈间不存在短路点。

所述的定子线圈的第一端部电阻单元和第二端部电阻单元等效阻值R_d的确定依据下式：

$R_d=\mathrm{\ρ}\frac{N_c{l}_E}{2A_c};$

其中：ρ为绕组电阻率；N_c为线圈匝数；l_E为线圈端部长度；A_c为每匝截面积。

所述的定子线圈的第一端部漏电抗单元和第二端部漏抗单元的等效漏抗值X_d的确定依据下式：

$X_d=4{\mathrm{\πf\μ}}_0\frac{N^2}{pq}{l}_{ef}{\mathrm{\λ}}_E\frac{ma}{2Z};$

其中：μ₀为真空磁导率；m为相数；a为并联支路数；Z为定子槽数；N为绕组每相串联匝数；l_ef为电机轴向有效长度；p为极数；q为每极每相槽数；λ_E为端部比漏磁导。

传统模型端部电阻和漏抗是以整相绕组为单位给出的，不适用于本发明的定子线圈模型，本发明的电阻单元和漏抗单元的公式，是用于计算单个线圈端部的等效电阻和等效漏抗；本发明给出的技术方法，适用于所有的有限元仿真软件的建模。

所述定子绕组为双层波绕组结构。

所述第一直线段单元和第二直线段单元均为定子绕组有限元模型和外电路模型的耦合部分。

本发明与现有技术相比具有以下效果：本发明将每个线圈分成六部分，包括7个节点，这样模拟短路点的建立更加灵活，如图3所示，可以看出模拟短路点的位置和实际短路点间较接近，仿真误差减小；现有技术，如多回路法分析绕组短路故障，是以一整根线圈为单位，如图2所示，如果以一整根线圈为单位，那么只能在线圈X1的尾端节点a2和线圈X2的首端节点b1处建立一个阻值为无穷小的电阻单元，这样实际短路点和模拟短路点位置相差较远，仿真结果误差大。

附图说明

图1，本发明定子线圈的各部分划分示意图；

图2，现有技术中两个定子线圈的示意图，图中，X1和X2表示两个定子线圈，a1和b1分别为两个线圈的首端节点，a2和b2分别为两个线圈的尾端节点，c为实际短路点；

图3，本发明的两个定子线圈的示意图，图中，Y1和Y2表示两个定子线圈，E为实际短路点。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体实施方式，本发明的一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，包括以下步骤：

步骤一、将发电机定子绕组的每个线圈利用第一节点D1、第二节点D2、第三节点D3、第四节点D4、第五节点D5、第六节点D6和第七节点D7划分成六部分，如图1所示，依次为第一端部电阻单元1、第一直线段单元2、第二端部电阻单元3、第一端部漏抗单元4、第二直线段单元5和第二端部漏抗单元6；

步骤二、如图3所示相邻的两线圈Y1和Y2，线圈Y1第四节点D14和线圈Y2的第四节点D24之间为第一短路点，所述第一短路点覆盖整个上侧端部短路区域，线圈Y1的第五节点D15和线圈Y2的第三节点D23之间为第二短路点，第二短路点覆盖整个直线段短路区域，线圈Y1的第七节点D17和线圈Y2的第一节点D21之间为第三短路点，第三短路点覆盖整个下侧端部短路区域；

步骤三、根据相邻两线圈的上层边所跨过的距离判定仿真故障点的位置，在相应的两个短路点间建立一个阻值为无穷小的电阻单元，进行发电机内部短路分析。

所述判定故障点位置的方法具体包括：

如图3所示，定义绕组的第一节距为y₁，第二节距为y₂，两个线圈上层边所跨过的距离为d；

当y₁＜d时，两个线圈在上侧端部位置交叉，若交叉点绝缘破损发生短路，则短路故障点位于端部，用第一短路点进行模拟；

当y₁＝d时，两个线圈在同一槽内交叉，若交叉点绝缘破损，发生短路，则短路故障点位于槽内位置，用第二短路点进行模拟；

当y₁＜d＜(y₁+y₂)，两个线圈在下侧端部位置交叉，若交叉点绝缘破损，发生短路，则短路故障点位于下侧端部位置，用第三短路点进行模拟；

当d>(y₁+y₂)，则两个线圈间不存在短路点。

所述的定子线圈的第一端部电阻单元和第二端部电阻单元等效阻值R_d的确定依据下式：

$R_d=\mathrm{\ρ}\frac{N_c{l}_E}{2A_c}$

其中：ρ为绕组电阻率；N_c为线圈匝数；l_E为线圈端部长度；A_c为每匝截面积。

所述的定子线圈的第一端部漏电抗单元和第二端部漏抗单元的等效漏抗值X_d的确定依据下式：

$X_d=4{\mathrm{\πf\μ}}_0\frac{N^2}{pq}{l}_{ef}{\mathrm{\λ}}_E\frac{ma}{2Z}$

其中：μ₀为真空磁导率；m为相数；a为并联支路数；Z为定子槽数；N为绕组每相串联匝数；l_ef为电机轴向有效长度；p为极数；q为每极每相槽数；λ_E为端部比漏磁导。

本实施方式采用双层波绕组结构。

所述第一直线段单元2和第二直线段单元5均为定子绕组有限元模型和外电路模型的耦合部分。

Claims (6)

1.一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将发电机定子绕组的每个线圈利用第一节点、第二节点、第三节点、第四节点、第五节点、第六节点和第七节点划分成六部分，依次为第一端部电阻单元、第一直线段单元、第二端部电阻单元、第一端部漏抗单元、第二直线段单元和第二端部漏抗单元；

步骤二、定义相邻两线圈的第四节点之间为第一短路点，所述第一短路点覆盖整个上侧端部短路区域，相邻两线圈的第三节点和第五节点之间为第二短路点，第二短路点覆盖整个直线段短路区域，相邻线圈的第一节点和第七节点之间为第三短路点，第三短路点覆盖整个下侧端部短路区域；

步骤三、根据相邻两线圈的上层边所跨过的距离判定仿真故障点的位置，在相应短路点处建立短路电阻单元，进行发电机内部短路分析。

2.根据权利要求1所述一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，其特征在于：步骤三所述判定故障点位置的方法具体包括：

定义绕组的第一节距为y₁，第二节距为y₂，两个线圈上层边所跨过的距离为d；

当y₁<d时，则仿真故障点位于端部，用第一短路点进行模拟；

当y₁＝d时，则仿真故障点位于槽内，用第二短路点进行模拟；

当y₁<d<(y₁+y₂)，则仿真故障点位于端部，用第三短路点进行模拟；

当d>(y₁+y₂)，则两个线圈间不存在短路点。

3.根据权利要求1所述一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，其特征在于：所述的定子线圈的第一端部电阻单元和第二端部电阻单元等效阻值R_d的确定依据下式：

$R_d=\mathrm{\&rho;}\frac{N_c{l}_E}{2A_c};$

其中：ρ为绕组电阻率；N_c为线圈匝数；l_E为线圈端部长度；A_c为每匝截面积。

4.根据权利要求1所述一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，其特征在于：所述的定子线圈的第一端部漏电抗单元和第二端部漏抗单元的等效漏抗值X_d的确定依据下式：

$X_d=4{\mathrm{\&pi;f\&mu;}}_0\frac{N^2}{pq}{l}_{ef}{\mathrm{\&lambda;}}_E\frac{ma}{2Z};$

其中：μ₀为真空磁导率；m为相数；a为并联支路数；Z为定子槽数；N为绕组每相串联匝数；l_ef为电机轴向有效长度；p为极数；q为每极每相槽数；λ_E为端部比漏磁导。

5.根据权利要求1所述一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，其特征在于：所述定子绕组为双层波绕组结构。

6.根据权利要求1所述一种发电机内部短路故障点位置的分析方法，其特征在于：所述第一直线段单元和第二直线段单元均为定子绕组有限元模型和外电路模型的耦合部分。