0 引 言

随着电网的迅速发展以及同步发电机单机容量的不断增大，人们对同步发电机的安全可靠运行愈来愈加重视[1-2]。同步发电机在运行过程中，其主要构件定子在热、电、机械、环境应力等共同作用下，会导致绝缘老化，过电压冲击以及机械振动等状况，可能诱发定子匝间短路故障。该故障发生后机组若继续运行则会带来难以估量的经济损失，因此大型发电机定子绕组匝间短路故障的特征及相关参数的研究，对该类故障的早期监测与诊断具有重要意义。

近些年，国内外的许多学者已从不同角度对同步发电机定子内部故障进行了分析和研究[3]，在定子匝间短路故障的监测与诊断方面取得了很多的成果。文[4]以多回路理论为基础，计算并分析定子绕组内部匝间短路后故障支路电流的变化规律，以支路电流的变化作为故障特征量对同步发电机进行诊断。文[5-6]基于Park理论，将定子绕组匝间短路时三相电流Park矢量模轨迹所发生的变化作为故障特征量对电机定子绕组匝间短路进行故障诊断。文[7]将定子组三相电流Park矢量模轨迹与模糊神经网络算法相结合，用在电机定子匝间短路故障实现诊断与保护。文[8]提出以同步发电机机端负序电压、主变高压侧负序电压、主变中压侧负序电压作为主判据和闭锁判据，用来实现同步发电机定子匝间短路的诊断与保护。文[9-10]对发电机运行时定子绕组内部匝间短路故障发生前后的电磁转矩做出了理论分析，并提出以二倍频电磁转矩作为同步发电机定子匝间短路故障监测特征量。文[11]得到作用于转子的不平衡电磁力特性和作用于定子的脉振电磁力特性以及定转子振动特性，将电磁力与振动引入到定子匝间短路故障诊断方法当中。文[12]采用R/S分析与小波变换相结合的方法得到定子匝间短路后相电流与相电压的谐波分量变化作为其故障的特征量来实现诊断。文[13] 分析了汽轮发电机定子匝间短路故障下的并联环流特性，以及故障发展对环流特性的影响，将定子支路间环流作为故障特征量进行研究。文[14]基于场路耦合原理，分析了故障后定子各支路电流随着短路匝数、短路时刻以及短路位置不同的变化规律，为基于支路电流变化的定子匝间短路故障诊断提供了更多的理论支持。

同步发电机定子内部匝间短路故障同外部相间短路故障一样[15]，皆属于电机不对称运行，故障后的定子相电流理论上也会产生额外的负序电流分量。本文基于电路与电磁场有限元理论，建立隐极同步发电机场路耦合数学模型，并通过实验对模型进行验证,进一步研究定子负序电流的大小随短路大小与位置的变化规律，为同步发电机的诊断与保护提供新的研究途径。

1 定子匝间短路故障后负序电流的产生机理分析

同步发电机正常负载运行时，气隙磁场为一正向旋转的磁场，它在定子绕组中感应出对称的三相电流。当定子绕组发生匝间短路故障时，将在短路回路中产生附加环流Ik，而短路环中的附加环流产生的磁场为一以短路匝绕组轴线为中心的脉振磁场，脉振频率为额定频率，脉振磁动势为：

fg=Fgcos(wt)cos(pα)=

(1)建立就业创业资金池，直接支持大学生返乡就业创业。就业创业资金的直接支持是大学生返乡就业创业能否成功的决定性因素，也是最有效的支持行为。政府引导银行资金、社会资金和私人资金投入到大学生返乡就业创业活动中，扩大资金的总体投入规模，把有限的资金用到有利于农村发展的大学生返乡就业创业项目上，形成一个以政府专项资金为主、高校就业创业基金和社会各方投资基金为辅的就业创业资金池，从创业资金方面对返乡就业创业初期资金困难的大学生予以直接支持。

(1)

本文以动模实验室MJF-30-6隐极同步发电机为例，建立全域场路耦合数学模型，对发电机故障后负序电流进行仿真计算，并进行实验验证，电机主要参数如表1所示。

Eb=

新工科学生应具备的知识、技术能力主要包括信息技术、健康与安全工程、人工智能、ICT 知识与能力，跨学科、设计思维、制造活动与过程的专业技术知识。而这些知识、技术能力的获得，课堂教学仍然是主要的渠道。改革教学模式，改变传统的灌输式教学并不是弱化课程教学的地位和作用，相反，如何在有限的时间内提高课堂授课效果，科学组织课程教学突出工科课程教育的重难点应该是下一步课程教学改革的重点。根据工科专业课程连贯性较强的特点，可以借鉴国外工程教育的办法将这些专业课程安排在相对统一的时间内组织教学，使学生能够在较为集中的时间内进行集中学习、消化、吸收、思考、实践与研究。

 

 

(2)

结合文[16]可得故障后定子绕组短路附加环流产生的附加定子电枢绕组感应电动势为：

Fg+cos(wt-pα)+Fg-cos(wt+pα)

 

 

(3)

Ec=

 

 

(4)

式中，K=4.44fNΦkw1lτ中，NΦ为同步发电机定子每相绕组的串联匝数，kw1为定子的基波绕组因数， l为定子铁芯有效长度，τ为极距。

式(2)～(4)第一项定子电枢绕组感应电动势是反向旋转，在定子绕组中产生负序电流，也就是说同步发电机定子绕组发生匝间短路故障后，相电流中会产生负序分量。因此，以定子负序电流作为发电机内部短路故障的特征量，是可以有效的监测与诊断发电机的内部故障。

2 同步发电机内部故障场路耦合数学模型

2.1 电机电磁场有限元模型

假设电机内的电磁场是似稳场，忽略位移电流，并且发电机的矢量磁位和电流密度只有轴向分量，即

A=A(x,y)·k，Js=Js(x,y)·k，由麦克斯韦方程可推得瞬态电磁场方程

 

(5)

式中：x,y为平面的横坐标和纵坐标，k为轴向分量的单位矢量；A为N维矢量磁位轴向分量，其中N为节点总数。

但是，转念再想，在平素里，我们这些要钱不要命的人也的确是愚蠢至极，大脑太过浅薄，太好叫人欺骗了。这世界但凡上当受骗的事情，似乎早给我们这些人准备好了。我们像一条条甘愿上钩钻网的愣鱼儿，被人家钓了去或者网了去，然后上灶煎了炒了清炖了，然后，就被当做下酒菜，吃了。我们似乎活该这样。

忽略有源电流区域的涡流，采用三角形线性剖分，式(8)离散后可得：

-Q·pA-K·A+Cb·Ib=0

(6)

式中，其中N为节点总数；Ib为M维线圈电流矢量，其中M为定子回路、励磁回路与阻尼回路之和； Cb表示线圈中的电流与各单元节点之间相互作用的关联矩阵；K、Q为系数矩阵，可以由有限元分析得到[14][16]。

2.2 考虑电机内部故障的电路方程

场路耦合数学模型中，考虑电机内部故障的电路方程与多回路模型是一致的。电机的总回路为M，电机中所有回路的电压方程可表示为

(1)胡家庄碳酸岩型稀土矿流体包裹体以气液两相H2O包裹体为主，均一温度和盐度变化范围与微山稀土矿极具相似性，表明与其具有相似的成矿物理环境。

U=pΨ+R·I

(7)

式中，U、Ψ和Ι分别为各回路的电压、磁链和电流，都为Μ阶的列向量矩阵；R为M阶的回路电阻矩阵。

表2给出了同步发电机故障前后定子绕组三相电流相角差的仿真值与实验值，表3给出了同步发电机故障前后的正序电流、负序电流的仿真值与实验值。

2.3 考虑电机内部故障的场路耦合方程

考虑定子内部短路故障的场路耦合数学模型，其矩阵方程为：

 

(8)

式中，C为关联矩阵，表示回路电流与各单元节点之间的相互作用，有C=Cb·G;G表示所有线圈电流与回路电流的关联矩阵，有为端部漏感矩阵；lef为定子铁芯长度。

另外，学习东部发达省份的经验，在有条件的情况下，由当地政府出资购买服务，号召更多的非政府组织参与社区矫正工作。

3 负序电流的仿真计算与分析

3.1 同步发电机的基本参数

式中第一项Fg+cos(wt-pα)与转子同步旋转，在转子中不感应附加的电势，而第二项Fg-cos(wt+pα)与转子转向相反，在转子中产生2w的附加电势，则转子励磁绕组中必然会产生2w的附加励磁电流，设此附加励磁电流为If2cos2wt，其产生的磁感应强度为B2cos2wt，其中If2为附加励磁电流的幅值，B2为附加励磁电流产生的磁感应强度的幅值。

 

表1 同步发电机主要参数

  

参数数值参数数值额定功率PN/kW24铁心有效长lt/mm220额定电压UN/V400定子外径D1/mm990额定电流IN/A4330定子内径Di1/mm423额定励磁电流If/A220最小气隙H0/mm110空载励磁电流If0/A087励磁绕组匝数280功率因数080极数p6

隐极发电机定子槽数为54，定子绕组每相并联支路数为2，A相第一支路引出2%和20%两个抽头，用来模拟发电机定子绕组2%到20%匝间短路。实验采用波谱公司生产的U60116C型数据采集仪，设置采样频率为10 kHz，电流一个周期采样200点。

3.2 负序电流的仿真计算与实验验证

转速恒定，同步发电机并网半载运行，P=12 kW，Q =9 kVar,If=1.40 A，采用场路耦合模型对A相绕组第一支路2%-20%短路故障进行仿真计算，得到发电机故障前后三相电流波形。图1(a)和图1(b)分别给出了同步发电机故障前后三相电流稳态仿真波形，图2(a)和图2(b)给出了同步发电机故障前后实验采样波形。

Ea=

从图1和图2可以看出，定子绕组发生匝间短路故障后，三相电流大小不再对称，故障后三相稳态电流的仿真波形与实验波形基本吻合。

以西方女性的法律人格发展史为例。在相当长的一段历史时期中，英美等国的女性所能享有的权利，和男性有着极大的不同。在美国，虽然平等的思想在独立革命时期已日渐形成和传播，但女性仍然处于明显的从属地位，没有选举权，不被允许拥有财产，没有平等的就业机会和受教育机会……到19世纪，情况仍是如此，[注][美]霍华德·津恩：《美国人民史(第五版)》，许先春、蒲国良、张爱平译，上海：上海人民出版社，2013年版，第93—101页。英国的情况也差不多。[注]关于英国16到20世纪女权发展的情况，可参见[英]玛格丽特·沃特斯：《女权主义简史》，朱刚、麻晓蓉译，北京：外语教学与研究出版社，2008年版。

  

图1 不同状态定子绕组三相电流仿真值

  

图2 不同状态定子绕组三相电流实验值

在电路模型中，回路的磁链包含两部分，一部分是线圈端部漏磁链，另外一部分是线圈直线部分磁链。端部漏电感可采用多回路方法进行计算，直线部分的磁链包括与气隙有关的主磁链和除端部以外的漏磁链，它与铁心饱和、涡流、磁极形状及齿槽有关，采用有限元方法计算[17-19]。

理论上，同步发电机正常运行状况下，定子三相电流是对称的，相角差为120°，且不存在负序分量。但表2和表3显示正常运行时三相电流相位差的实验值与仿真值皆接近120°，且存在微量的负序电流分量。这是由于电机内部结构、外部非故障环境因素以及数据的提取与计算误差造成的，并不影响分析结果。可以将故障后三相电流相位差和负序电流分量与正常运行情况下相比较(相当于作为同步发电机本身系统具有飘零，这是一个去除飘零的操作)，以准确得出三相电流相位差与负序分量的变化程度。从表1可以看出，同步发电机发生定子绕组匝间短路故障后，三相电流之间相位差的对称性遭到破环，其中，AC两相之间的相位差偏离120°最大。表2展示故障发生后，三相电流也产生了一定量的负序电流，负序电流的实验值与仿真值吻合，验证了模型的准确性与上述理论的合理性。

法国的成人教育有悠久的历史。法国成人教育的创始人是法国著名哲学家、政治家和数学家孔多塞（Condorcet）。早在1792年4月法国大革命期间，孔多塞作为共和党人，向宪法事务委员会提出永久教育意义上的公共教育。孔多塞认为，所有人应享有普及、平等和永久教育的权利，同时，永久教育也必须被视为每个公民对社会的责任［1］。孔多塞的教育思想奠定了法国成人教育的基本理念之一——通过传递全面的知识体系，使成人能够获得正规的教育资格，从而成为专业人士［2］。

 

表2 故障前后定子三相电流相差角

  

相相角差(°)实验值仿真值故障前故障后故障前故障后AB相11887145871191214497AC相121498296120268367BC相11964131171204213235

 

表3 故障前后的负序电流和正序电流

  

电流实验值仿真值故障前故障后故障前故障后In/A039929002944Ip/A2983256930042680In/Ip/%13136160073522

3.3 同相同分支匝间短路负序电流特性

如图3所示，单机半载运行的同步发电机，定子绕组A相第一支路(A1支路)发生对中性点的匝间短路故障(k固定在中性点处，j可移动)，电弧电阻为0。图4给出了三相电流负序分量随着短路线圈数变化的仿真结果，其中横坐标为A1支路中从故障点到中性点的短路线圈数，纵坐标为负序电流幅值。从图中可以看出，负序电流幅值随着短路线圈数的增加而增加，当A1支短路8个线圈时(即一个支路88.89%被短路)，负序电流占正常半载运行时电流的54.27%，如果接近于100%短路，则相当于电机单相对中性点短路，负序电流将更大。这是由于随着短路线圈数的增加，气隙磁场畸变严重，三相不对称程度更加严重，负序电流必然会增大。

  

图3 同支路匝间短路

  

图4 负序电流幅值与短路线圈数的关系

半载下运行的同步发电机A1支路发生相同程度的匝间短路故障，如图3所示，故障回路的被短路匝数保持不变，故障点k，j随故障位置不同而移动。表4列出了A1支路发生六种相同匝比的匝间短路故障时，正负序电流大小与正负电流的比值。尽管短路匝数相同，且发生在同一支路上，但由于短路空间位置不同，短路线圈同其他所有回路的互感系数不同，短路后的负序电流分量也有所不同，由于所选样机容量较小，所以六种短路情况下各负序电流相差不大。

护理后,两组共8例患者对护理工作不满意,其中观察组占1例,对照组占7例,这表示循证护理满意度更高,与常规护理差异有统计学意义(P<0.05),见表1:

 

表4 六种不同位置匝间短路故障正负电流仿真结果

  

故障位置In/AIp/A(In/Ip)/%A1＿0-1667%2682824949A1＿1667%-3334%2702828955A1＿3334%-50%28628171015A1＿50%-6667%2782820986A1＿6667%-8343%2742819972A1＿8343%-100%2692831950

如图5所示，同步发电机单机半载运行，A1对A2发生同相不同分支间短路故障。A1故障点k在支路中间，A2故障点j(可移动)到支路中间位置的线圈差为n(其中靠近中性点为负，靠近端部为正)。图6为电流负序分量随n的变化规律，从图中可以看出，当n=0，即 k，j两点都处于各支路中间时，短路点k与j为等位点，电机各回路电流均为正常运行时电流，k与j这两点短路对电机运行没有任何影响。当j点向两侧移动时，随着A2支路故障点j到支路中间位置的线圈数增加，短路回路由气隙磁场产生的感应净电势逐渐增加，负序电流逐渐增大。

  

图5 同相支路间短路

  

图6 负序电流幅值与n的关系

4 结 论

本文从理论上分析了同步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流分量的产生，并建立场路耦合数学模型，对同步发电机匝间短路进行仿真，得到如下结论：同步发电机发生定子匝间短路故障后，三相电流的对称性遭到破坏，定子绕组中会产生负序电流分量。同一分支发生匝间短路时，负序电流随着短路线圈的增加而增大，并随着短路位置的不同而改变。同相不同分支发生匝间短路时，若两支路短路匝数与位置相同时，电机仍处于正常运行，若两支路短路匝数或位置不同时，电机则会产生负序电流，且负序电流会随着匝数差的增加而变大。本文所得到的结论为基于负序电流的定子短路故障诊断方法提供了理论基础，对同步发电机多特征量短路故障诊断系统的研发具有一定的意义。

参 考 文 献:

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