短路检测（精选7篇）
短路检测 篇1
1. 电路故障的基本检查方法
短路和断路是电气系统最常见的故障。对于导线短路、断路或接地不良等故障, 应当首先检查线束的外观, 有无破损和松动, 然后采用模拟的方法使故障再现:对线束揉搓、晃动、拉拽、淋水、局部加热, 或者通入满载电流、长时间开启电气设备、在凹凸不平的路面上试车 (即振动) , 根据实时故障现象, 再测量电阻、电压、电流或者波形, 就可以找出故障点。
在维修电系短路和断路故障时, 千万不能不去寻找故障的具体部位, 而用导线直接跨接, 然后粗鲁地剪线。这种方法虽然暂时排除了故障, 但是“罪魁祸首”并没有找到, 势必留下更大的隐患。另外, 在安装线束的过程中, 要按要求排列整齐, 用卡簧、绊钉固定, 以免因松动引起摩擦。过线胶圈不得缺少, 以免把线束磨坏。
2. 电路短路故障的特征
(1) 电系短路故障的表现
电系短路俗称为“窜线”, 这种故障的特点是隐蔽性很强。如果电源线对接地短路, 会引起熔断器累次熔断的现象。
以农用车辆的灯系为例, 灯系故障主要有以下几种表现: ①所有的车灯都不亮。②总灯开关拉到第1挡, 小灯不亮。③总灯开关拉到第2挡, 前照灯不亮。④接通前照灯远光或者近光时, 一边前照灯亮而另一边前照灯暗。⑤后灯不亮。⑥转向灯不亮。⑦踩制动踏板时, 制动灯不亮。
(2) 短路故障的多发部位
短路故障的产生, 一般是导线与外界 (例如锋利的金属) 摩擦的结果。因此需要检查以下的短路多发部位:
①经常振动的部位, 如转向轮上的线路。②高温部位, 如发动机及排气管附近的导线。③经常开关的部位, 如车门上的线束等。
3. 短路故障检测示例
(1) 在图a中。
若A点短路, 则熔断器1熔断;若B点短路, 则主熔断器熔断;若C点短路, 在点火开关接通时, 无论开关1是否接通, 电动机都会转动;若D点短路, 如果点火开关和开关1都接通, 那么在继电器吸合时, 主熔断器熔断。
具体检测方法:①取下熔断器1和主熔断器的熔丝, 拆下电路中所有的插头。②在熔断器盒内接入电压表或者有源测试灯, 再从电源一侧开始依次插上各插头, 如果插上某个插头时, 电压表读数发生变化或测试灯亮, 说明短路点在该插头与使测试灯熄灭的插头之间。③必要时沿车体轻轻晃动可疑导线, 找出确切的短路部位。
(2) 在图b中。
若A点短路, 则熔断器2熔断;若B点短路, 在点火开关接通时, 线圈1工作正常;若C点短路, 在点火开关接通时, 电控单元ECU中的晶体管烧毁;若D点短路, ECU认为开关2已经接通;若在E点短路, ECU认为传感器的电阻值为0, 并输出与该传感器有关的故障码。
具体检测方法:①取下熔断器2的熔丝, 拆下电路中所有的插头。②在熔断器盒内接入电压表或者有源测试灯, 再从电源一侧开始依次插上各插头, 如果插上某个插头时, 电压表读数发生变化或测试灯亮, 说明短路点在该插头与使测试灯熄灭的插头之间。③在ECU的的插脚上连接一个电压表或者测试灯, 分别插上开关2和传感器的插头, 如果电压表指示0或者测试灯熄灭, 说明D点或者E点存在短路。
4. 电系断路的检查方法
(1) 测量电路的电阻。
如果导线导通, 导线两点之间的电阻值应当小于10 Ω;如果两点之间的电阻值大于100 kΩ, 甚至是∞, 说明电路已经断开。
(2) 使用测试灯, 替代怀疑断路的导线, 起鉴别通、断的作用。
如果测试灯不亮, 说明这一段线路已经断开。
(3) 采用划火法检查断路故障。
在排除起动机不转、灯光不亮、喇叭不响等电气系统故障时, 需要检查电路的通断情况。在缺乏万用表的情况下, 可以采用“划火法”进行检查。
①“划火法”检查的具体方法:
先准备一根比较细的导线, 将其一端接到用电设备的电源端 (即火线上) , 然后用另一端与机体进行划火试验。如果在导线断开的瞬间出现火花, 说明该点有电;如果在断开瞬间没有火花, 说明该点无电, 属断路。
②“划火法”检查的准备工作:
首先拆下灯泡, 检查灯丝是否烧断。如果灯丝没有烧坏, 再检查接地是否不良, 用砂布或者锉刀打磨接地处, 并且拧紧接地紧固螺钉。如果灯光仍然不亮, 说明存在断路故障, 接着用划火法判断断路的具体部位。
③使用“划火法”的注意事项
a.划火的顺序, 应当从前向后, 或者从后向前。如果A处试划有火, 而B处试划无火, 那么断路发生在A处至B处之间。
b.划火的动作要快, 防止过大的短路电流烧坏保险器。
c.对于装有晶体管的电器设备 (例如硅整流发电机等) , 慎用划火法, 可以使用测试灯, 以防过高的自感电动势击穿晶体管。
拯救“大脑短路” 篇2
像是突然遭遇“大脑短路”
有时，在路上遇到一个认识甚至相熟的人，你想叫对方的名字，却突然怎么也想不起来，只好以微笑掩饰……
你精心准备好会上的发言内容，几乎烂熟于心了，但当主持人要你做好准备随后开始时，你却惊恐地发现，自己的脑袋里一片空白，想不起来要说些什么……
你整理好东西后，把一份重要的文件郑重其事地放在一个你认为最妥当的地方，但到要用时，却翻遍几乎所有的地方也想不起来到底把它“藏”哪儿了……
手里拿着钥匙出门去买东西，回到家门口时却发现，不知什么时候忘了手里有钥匙而随手丢了……
刚才想说的话，一开口就忘记了；说好下午给妈妈打电话，想起来时却已是半夜梦醒时……
大脑的“突然断路”让你苦恼至极：难道我还没老就患上了“健忘症”？
年轻也会健忘
据权威机构统计，每10个成年人当中大约有7个人出现过类似情形。一部分人早在年轻时就开始为记忆功能减退所困扰。
人的大脑有10亿个左右神经细胞，随着年龄增长，脑神经细胞也在逐渐减少，每10年约减少5%，记忆力自然会受到影响。而且，从人脑的自然发展来看，记忆力是要经历一个由弱到强、再由强到弱的变化过程，其中的转折点就在30岁前后。也就是说，从生理上讲，30岁以后的人已经开始经历不同程度的记忆力减退问题。
但是，你也大可不必由此过分紧张，虽然大多数人都会随着衰老而越来越健忘，可是疾病、焦虑、压力、用脑过度和过多的负面信息这些因素也会影响我们的记忆力。
快速记忆力测试
你的记忆功能是否正常？只要找个朋友或家人帮你进行下列4项简单的测试便可了解——
1、一分钟内说出尽可能多的动物名称（让朋友帮你计数）。
2、让朋友写下10个互无关联的单词并念给你听，之后你立刻复述，看你可以复述出多少个单词。
3、做完第2项测试后，用5分钟做些其他事情，然后再复述一下刚才的10个单词，看看还能记得几个。
4、让朋友再写出10个不相关的单词，将其与第2项测试中的单词混在一起，然后请你用记号标注出第2项测试中的那10个单词。
计分方法：每正确记忆一个动物名称或单词计1分，第4项测试中每标记错误一个单词减1分。然后将各项分数相加，如果你的总得分在29分以下，最好到医院接受一下专业检查。
专家支招：
10种“锻炼”让记忆力坚挺
1、加强智力训练
近年来成人益智类玩具非常流行，而经常玩这类游戏的确可有效改善大脑存储及提取信息的能力。实验证明，长期接受智力刺激的白鼠反应能力明显提高，人类同样可以借助益智游戏、学习乐器或外语等方式保持思维的敏捷。
2、大脑也“喜新厌旧”
如果你在某一方面有特长，例如善于猜谜、解题或是弹琴、做画，那么试着做一些与以往不同的智力活动会使你获益匪浅。因为，人们存储与提取信息都要借助于神经细胞，如果每天进行一些全新的智力活动，两周内就可促进大脑形成新的神经细胞。就像练习健美的人需要锻炼身体各部位的肌肉一样，脑力训练也要注意全面性。
3、学会一心二用
随着年纪慢慢增大，同时做多件事情的能力也逐渐衰退，但是一心多用却可帮助人们保持敏捷的思维。因此，平日要多多锻炼自己同时兼顾多件事情的能力，例如边听新闻边做饭、边看电视边叠衣服或者用双手轮换拍球，并同时数某个数字的倍数（3、6、9）。
4、有氧运动的另一种好处
定期的体育锻炼可有效增强大脑功能以及记忆与回忆的速度，特别是那些有氧运动——诸如散步、慢跑、骑车更是对提高思维敏捷度大有益处。
5、自信的人不易衰老
王女士由于经常想不起同事或朋友的名字而一度造成尴尬局面，于是报名参加了一个记忆训练班。“在训练班里我学会很多种记忆方法，但我认为学到的最重要的一点就是要有自信。老师告诉我们，如果你相信自己能够记住一件事情，那么肯定就会记住。后来我尝试了一下，果然有效。”
6、适当减压
长期处于压力之中，会使人无法集中注意力，同时妨碍大脑存储信息。因此，如果一个人的工作负担过重，他的工作效率可能也会明显降低。而如果能够适时调整压力状态，则会事半功倍。活动、静坐或深呼吸都可以帮助人们减压。
7、好的记忆力睡出来
睡眠和记忆力之间有着密切的关联，长期的睡眠紊乱对人的脑功能会造成深远影响。权威研究机构曾经给航空公司的空姐做过一项视觉记忆测试，结果表明，工作没有时差的空姐测试成绩明显优于工作有时差的空姐。
8、经常咀嚼可增强记忆
英国一所大学研究表明，咀嚼口香糖有助记忆。研究人员认为，不断的咀嚼动作加快了心脏运动，增加了心脏向头部供应的血运，从而大大促进大脑活动，提高了人的思维能力。同时，咀嚼促使人分泌唾液，而大脑中负责分泌唾液的区域与记忆和学习有密切关系，咀嚼会刺激脑部主管记忆力的部分，以防止其老化。
9、用音乐激发记忆的深化
听一些轻松愉快的抒情音乐，能使人体内一些有益的化学物质，如乙酰胆碱释放量增多，而乙酰胆碱是细胞之间信息传递的一种主要神经递质，对改善记忆有着明显的效果。
10、储存你的“脑能量”
短路检测 篇3
目前,国内低压供配电网中所采用的断路器,其短路保护原理主要是利用短路电流所产生的电磁力或者热效应使断路器保护跳闸,存在响应速度较慢的缺点,在某些场合已经不能满足现代电力系统的发展需求。
随着计算机和数字信号处理技术的飞速发展,基于微控制器的断路器智能脱扣器迅速成为研究热点[1,2,3]。此类智能脱扣器虽然采用了现代数字检测和处理技术,但其检测原理依然主要是利用检测电流幅值来判定短路故障是否发生。此外,由于短路电流中不仅存在快速衰减的非周期分量,而且动态变化范围大,加之检测环节存在互感器磁饱和等多种因素的影响,直接对短路电流的幅值进行准确检测十分困难,因此此类方法通常要求短路电流远大于额定值时才能准确地做出短路故障判断。由于受到线路阻抗、短路初始状态的影响,短路故障初期的电流上升速度可能较慢,达到判断阈值需要较长的时间。因此,此类检测方法速度较慢。
对于三相三线不接地的电力系统,在发生单相接地故障时,系统的线电压仍然保持对称,故障电流也较小,系统仍可以运行较长时间。而当发生两相短路和三相短路故障时,电流短路电流通常很大,此时需要尽快切除故障支路。因此对于严重危害电网的安全运行的短路故障而言,需要快速的故障检测方案。
对于三相三线不接地小容量电网、尤其是舰船电网,由于电网的线缆长度短,线路阻抗低,发生恶性短路故障时电压跌落、电流增大的特征明显。利用这一特征状态,本文提出了一种通过同时实时检测电网电压和功率的异常变化来检测电网中短路故障的快速检测方案。该方案通过对两个判据进行综合判断,其检测响应速度将快于传统单一的电流检测法。
1 电压快速检测算法
在交流电压幅值检测算法上,常用的方法有:周期积分法、快速FFT算法、d/q算法等。周期积分法和快速FFT算法至少需要半周波的有效信息[4],d/q算法一般更适用于三相对称系统,而对于单相系统或者三相系统的非三相同时短路故障,通常不能直接运用[5]。
为考虑一般性,对任意交流信号u(t)=Usin(ωt+θ),在采样频率为ωs下的连续三次数字采样信号为:
根据式(1)~(3)可推导:
通过式(2)和式(4)可得:
式(5)中,N为一个工频周波内的采样次数。
由式(5)可以看到,对于任意正弦信号只需要三点连续的数字采样信号就可以计算出信号的峰值,进而得到信号的幅值。该算法简单快速、适应面广。由于实际电压波形中往往有大量谐波成分存在,以及算法本身会放大高频噪声,因此该算法的计算结果在实际使用中需要数字滤波器进行滤波处理。
2 功率快速检测算法
根据传统功率理论,功率是系统单位时间内的做功量,是一个平均值概念,因此即使通过快速FFT计算也需要一个周波才能得到功率信息,这样的检测速度不能满足某些特殊领域内快速检测和快速保护的要求。
1983年,日本学者Akagi提出了瞬时无功功率理论[6],该理论有效解决了在三相系统中当电压及电流不对称或畸变时的三相瞬时有功功率及无功功率的计算问题。
在一个三相系统中,可以将各相电压和电流从三相abc系统通过数学变换转换到αβ系统。
式中:uα、uβ和iα、iβ分别是电压矢量u和电流矢量i在α轴和β轴上的投影。在α-β平面上,系统总的瞬时有功功率为:
将式(7)代入,可得
对于三相无中线系统,由于ua+ub+uc=0,ia+ib+ic=0,式(9)可进一步化简为:
文献[7]将传统功率理论的有功功率和无功功率推广到瞬时值概念,建立了三相电路瞬时无功理论与传统理论的统一数学描述,说明瞬时功率理论与传统功率理论实际上是内在统一的。
对于舰船电网和许多处于系统末端的低压电网而言,由于电网规模通常较小,电缆的阻抗值也较小,当系统中出现直接金属短路故障时,短路状态下测量点的电压幅值可能会降到几乎为0。如果直接用当前电流和当前电压通过式(10)来计算功率,可能会造成计算结果接近于0,从而失去判断意义。
本方案在进行功率检测时,所用的电流值是当前的采样值,而电压值则是上一个周波对应时刻的电压采样值。这样计算出的功率虽然是虚拟的,但当电网正常运行时,电网电压周期性的重复,上一周波的电压与当前周波的电压基本一致,计算的“虚拟功率”与实际功率基本相同;而当短路故障发生时,由于算法中所用的电压值并不会立即发生变化,而只有电流值发生变化,此时虚拟功率的变化情况则完全对应着短路电流的变化,因此可以用检测功率代替检测电流来判断短路故障是否发生。
通过上述处理后,对于一个工频周波采用样点数为N的数字采样系统,在第k拍采样过程中,式(10)对应的数字表达式为:
3 数字滤波算法
常见的数字滤波器可分为FIR和IIR滤波器。IIR滤波器的离散形式一般表达为进所需的频率特性，可以用 较低的阶数来获得高的选频特性。在高采样率和高 阶数下，IIR 的系数容易出现接近于 0 的小数，在 用定点 DSP 实现时量化误差、舍入误差都会对其性 能 造 成 一 定 的 影 响 。 FIR 的 离 散 形 式 为 特性。FIR 滤波器结构形式简单，没有反 馈递归环节，对高频成分的衰减速度快。虽然 FIR 滤波器通常需要更多的存储单元，但对于现代数字 信号处理器而言，一般具有足够的存储空间。 比的有理分式形式来逼进所需的频率特性，可以用 较低的阶数来获得高的选频特性。在高采样率和高 阶数下，IIR 的系数容易出现接近于 0 的小数，在 用定点 DSP 实现时量化误差、舍入误差都会对其性 能 造 成 一 定 的 影 响 。 FIR 的 离 散 形 式 为 1 0 ( ) N k k k H z a Z − − = = ∑ ，它采用 Z-1的多项式来逼近要 求的频率特性。FIR 滤波器结构形式简单，没有反 馈递归环节，对高频成分的衰减速度快。虽然 FIR 滤波器通常需要更多的存储单元，但对于现代数字 信号处理器而言，一般具有足够的存储空间。
对功率和电压的快速算法均采用属于FIR滤波器的8点滑窗平均滤波法,其数字表达式如式(12)所示。
该滤波算法结构形式简单,不含有小数项系数,整个计算过程仅通过数组求和和移位就可完成,便于定点DSP的实现。该滤波器的波特图如图1所示,滤波器的低通带宽约为170 Hz,在350 Hz时已可提供约-20 d B的衰减,其衰减速度快于常规的二阶BUTTERWORTH IIR滤波器。
4 算法仿真研究
利用数学仿真软件Maltab对上述快速检测算法的性能进行分析,仿真模型如图2所示,为和试验过程保持一致,采用定步长仿真,仿真步长取位1/3000 s。
4.1 突加10 k W有功功率
在仿真时间0.1 s时突加10 k W阻性负载,由图3可见,快速检测算法2.5 ms后已经能够准确地计算出功率的变化。
4.2 380 V电压幅值突降30%
在仿真时间0.1 s时电压幅值突降30%,由图4可见,快速检测算法在3 ms后便检测出电压幅值从380 V降低为266 V。
4.3 快速检测算法适应性分析
对图2所示的仿真模型,考虑实际电网中电参数可能出现的变化情况,仿真研究了电压频率出现±5%波动、电网电压THD恶化到5%两种情况下,快速检测算法的计算偏差和适应性。仿真结果分别见表1和表2所示。
由表1和表2的结果可见,快速检测算法对电网品质的波动变化情况有较好的适应性。
相对于短路状态下电压和功率的巨大变化,快速算法的偏差值不会对检测判断的准确性产生较大影响,并且偏差值不会随着时间累积,只要适当的加强软件滤波算法就能降低最大偏差。
5 试验结果
基于本文所提出的快速检测方案,研制了一台短路故障快速检测装置,并利用我所的电力系统动态模拟试验室完成相关试验研究。短路故障检测装置采用TI公司数字信号处理器TMS320F2407A做为主控芯片,配合12位的A/D芯片AD7864以及通用电压电流互感器DVDI-01组成数字检测系统。DSP芯片TMS320F2407A具有40MIPS的高速运算能力,能实现数据快速运算和实时处理,其软件算法的流程图如图5所示。为了保证实时检测和同步测量的要求,采样和故障检测过程均在周期中断中完成,周期中断频率为3 k Hz。
图6和图7为快速检测三相和相间短路故障的试验结果,Uab、Ubc、Uca分别为三相线电压波形,Ia为A相电流,曲线S为本装置检测到短路故障后发出的保护信号。短路电流的峰值较大,超出了记录范围,因而电流波形出现了一定的削顶现象。保护信号S为12 V的直流电平信号,为了能够和电压电流波形在同一窗口内清晰地观察,在记录时将其幅值适当放大。
由试验结果可见,不论是三相还是相间短路故障,本检测方案均可以在短路电流远未上升到峰值之前做出判断,其检测判断时间仅为2~4 ms,相比与常规的短路电流检测方案,其检测速度大大提高。
由于试验装置的电流互感器并未采用高饱和倍数的专用互感器,仅采用了常规测量用的普通电流互感器,从实验波形中也可以看到,检测到的互感器二次侧电流出现磁饱和现象。但即便如此,快速检测装置依然能够准确地判断出短路故障,体现出本方案出对检测器件具有良好的适应性。
6 结束语
针对常规断路器通过电流幅值判断短路故障、检测速度较慢的问题,本文提出了实时检测电网电压幅值和瞬时有功功率,通过对电压的异常跌落和功率的异常变化进行综合判断来识别短路故障的快速检测方案。
相关仿真研究和试验结果表明,本方案能够快速、有效地检测出电力系统中短路故障,并且对电流互感器的饱和倍数没有特殊要求,具有良好的适用性。
摘要：常规断路器主要通过电流幅值判断电力系统中的短路故障,存在检测速度较慢的缺点。利用短路故障时电压跌落、电流增大的特征,提出了一种通过实时检测电网电压幅值和瞬时有功功率来判断短路故障的快速检测方案。详细说明了电压幅值和瞬时有功功率的快速计算方法,并提出了可以反应出短路电流变化的虚拟功率。在Matlab下完成了仿真研究,利用DSP芯片TMS2407A研制出试验装置并完成相关试验。仿真和试验结果证明了该方案可以快速、有效地检测出短路故障,具有良好的适应性。
关键词：电力系统,短路故障,快速检测,短路电流,瞬时有功功率
参考文献
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消除学习的“短路” 篇4
数学学困生的形成主要表现在以下几个方面：
1.基本概念、定理模糊不清。不能用数学语言再见概念。公式、定理，不看课本，不能说明概念的体系，概念与概念之间联系不起来。例如：轴对称与轴对称图形，他们分不清哪个概念是探讨两个图形之间的位置、形状关系，哪个图形是探讨图形本身的特殊形状；同时他们也不懂图形的对称方式。
2.学生自学能力不强。不能找出问题的关键词句，不能回答教材中叙述的问题，说不清楚掌握了哪些，也说不清哪些还没掌握。提不出问题，也不会运用所学知识解题，阅读程度慢且易受外界干扰。
3.课堂缺少解题的积极性。在课堂上，他们对教师提出的问题、布置的练习漠不关心，若无其事。解题过程没有步骤，或只知其然而不知其所以然。他们缺乏积极思考的动力，不肯动脑筋，总是漫不经心，或避而不答。
4.对待作业的态度不端正。教师布置的练习、作业，不复习，不愿弄清所学的内容，马虎应付，遇难不究，抄袭了事，不能说明解题的依据，不能说出这些作业是哪些知识点的运用，不想寻根问底。解题时不遵循一定的步骤，解题过程没有逻辑性。不能正确灵活地运用定理、公式，或死搬硬套，不能正确评估自己的作业或试卷。
5.不重视测试，缺乏竞争意识。抱着我反正不会做，可有可无的态度参加测试。不愿认真复习、草草了事、马虎应付，考前临阵磨枪也不愿意，考场上“临时发挥”。
正是由于缺乏学习的主动性，严重地影响着学困生的智力发展，阻碍了学困生学习上和进步。因此注重学困生的转化工作的好坏，对学困生来说可以是命运的转折；对教师来说，可以大面积提高数学教学质量。这项工作的开展，具有重要的意义。
下面就数学学困生的转化工作浅谈自己的一些看法：
一、注重培养学困生对数学学习的兴趣，激发他们的学习积极性，使他们主动接受教育
1.数学是一门具有科学性、严密性的抽象性的学科。正是由于它的抽象性，造成了学困生形成的主要原因。因此，教学时，应加强教学的直观性。象科学、物理、化学一样，通过直观性使学生理解概念、性质。例如：在讲“三角形任意两边的和大于第三边”时，我们可以通过几组不同长度的三条铁丝，通过学生自己动手，问哪几组铁丝可以组成三角形，能组成三角形的三条铁丝之间有何关系？从而引导出上述性质。因此，加强直观教学可以吸引学困生的注意力。
2.应加强教学语言的艺术应用，让教学生动、有趣。学困生往往上课做小动作，思想开小差、不集中，他们对教师一般性按部就班式，用枯燥无味的语言讲课听不进耳，对数学知识也不感兴趣。这时，教师应恰当运用课堂上的有效教育资源，用幽默诙谐的的教学语言来活跃课堂气氛，引导每位学生进入积极思维状态，从而达到教学目的。
3.注重情感教育。学困生他们表明上性格内向，情感单一，对什么都不感兴趣。其实他们感情都较丰富，他们需要教师对他们多关心、多爱护。当他们有所成绩时，他们需要教师的鼓励和肯定。教师应该不要吝惜时间和精力，要及时予以表扬。充分肯定学困生的优点，即使他们有微小进步，也要给与足够的肯定，促使他们积极主动的学习。
二、培养学生自觉学习的良好习惯，传授正确的学习方法，提高他们的解题能力
1.教师在布置作业时要注意难易程度，要注意加强对学困生的辅导、转化，督促他们认真完成布置的作业。对作业做得较好或作业有所进步的学困生，要及时给予表扬鼓励。教师要注意克服急躁冒进的情绪，如对学困生加大、加重作业量的做法。对待学困生，要放低要求，采取循序渐进的原则，谆谆诱导的方法，从起点开始，耐心地辅导他们一点一滴地补习功课，让他们逐步提高。
2.大部分学困生学习被动，依赖性强，往往对数学概念、公式、定理、法则不去理解就死记硬背，不愿动脑筋，只知其然而不愿意去探讨所以然，一遇到问题就问老师，甚至扔在一边不管；教师在解答问题时，也要注意启发式教学方式的应用，逐步让他们自己动脑，引导他们分析问题，解答问题。不要给他们现成答案，要随时纠正他们在分析解答中出现的错误，逐步培养他们独立思考、完成作业的习惯。
3.应该用辩证的观点教育学困生。对学困生不仅要关心爱护和耐心细致地辅导，而且还要与严格要求相结合，不少学困生之所以成为学困生的一个很重要的原因就是因为放低对自己的要求，因此教师要特别注意检查学困生的作业完成情况，在教学过程中，要对他们提出严格的要求，督促他们认真学习。
三、认真把好测试关，注意培养学困生的自信心和自尊心
短路检测 篇5
近年来,随着对能源和环境问题的日益关注,分布式发电技术在世界范围内得到广泛应用。然而,当主电网因故障等原因与分布式发电系统解列后,分布式电源(DG)及其所带的一定容量的本地负荷就构成了一个独立运行的孤岛。孤岛内因负荷不匹配等原因可能导致DG和用户设备的损坏,同时也会影响本地负荷的供电质量[1,2]。因此,迅速准确的孤岛检测技术是保证分布式发电系统安全可靠运行的重要环节之一。
针对分布式发电系统的孤岛检测问题,国内外学者们先后提出了多种解决方法。根据检测位置的不同,这些方法大致可分为2类:远程检测法和本地检测法。文献[3,4]提出在电网侧变电站安装一信号发生器向下游各DG发出载波信号,各DG出口端的信号接收器通过对该信号的检测来判断各DG是否处于孤岛状态。这类远程检测法需要在系统侧添加一次设备,而且当DG数量较少时,成本较高。本地检测法可进一步分为无源法和有源法。无源法通过被动检测DG与电网解列前后各种电气量的变化来判断是否产生孤岛。文献[5,6]利用孤岛发生前后公共耦合点(PCC)电压或者频率的变化来判断孤岛的发生。然而,当并网逆变器的输出功率与本地负荷的功率匹配或者相差很小时,由解列引起的PCC处电压或频率的变化不足以启动继电器,容易导致该类方法孤岛检测失败[7]。有源法在逆变器的控制信号中主动加入各种小的扰动,通过检测解列前后逆变器输出的电压、电流或频率的变化情况来判断是否有孤岛发生[8,9]。但是,这类方法不适用于无并网逆变器的同步发电机,并且当多个扰动同时加入时,容易造成信号间的干扰。
由于孤岛发生前后DG出口端系统阻抗发生明显变化,所以文献[10,11,12]利用DG出口端暂态短路电流的幅值特性来反映系统阻抗的变化,进而判断是否发生孤岛。然而,当分布式发电系统与主电网间功率不匹配时,二者间解列会造成分布式发电系统电压发生显著变化。因此,仅依靠暂态短路电流的特性无法有效反映系统阻抗的变化,只有综合考虑暂态短路电压和电流才能准确反映孤岛发生前后系统阻抗的变化,进而对孤岛状态进行准确判定。
本文针对国内分布式发电系统,将基于电力电子开关可控特性的系统阻抗测量技术应用于分布式发电系统的孤岛检测中,提出了一种基于可控短路技术的孤岛检测方法。理论分析、仿真和模拟实验结果验证了本文所述方案的有效性。
1 方案提出与分析
1.1 方案提出
在含有DG的系统中,主电网的等效阻抗通常比DG的等效阻抗小得多,使得孤岛状态前后在DG出口端测得的系统阻抗将发生显著变化。利用孤岛前后DG出口端系统阻抗大小的明显变化可以实现对DG孤岛状态的监测。基于该思想,本文将电力电子开关的可控特性应用于系统阻抗的测量,提出了一种新型孤岛检测方案:在DG出口端任意两相间设置一个晶闸管,通过控制晶闸管的触发角,在其端电压过零点附近周期性瞬时导通,人为控制DG出口端周期性瞬时相间短路,以产生一周期性短路脉冲电压和电流,用于系统阻抗的实时测量,进而对DG孤岛状态进行监测。具体实施方案简化电路如图1所示。图2为晶闸管瞬时导通所产生的短路脉冲电压和电流示意图,其中,晶闸管在电压下降沿过零点处提前δ角度触发导通。
1.2 短路脉冲电压和电流的理论推导
根据故障分量法提取分布式发电系统的故障模型简化电路,如图3所示。
在联网运行状态下,
undefined
在孤岛运行状态下,
undefined
式中:LIT和RIT分别为隔离变压器的等效电感和电阻;LDG为DG的等效电感;LS为主电网的等效电感;Lline和Rline分别为输电线路的等效电感和电阻;LT和RT分别为升压变压器的等效电感和电阻;Lload和Rload分别为负载的等效电感和电阻。
1)短路脉冲电压
假设AB两相发生相间短路,设短路脉冲电压为uf,则短路时uthy+uf=0,因此uf=-uthy,其中,uthy为联网时晶闸管两端电压。
不妨设短路脉冲电压的表达式为:
uf=Umsin(ω t+φ) (1)
2)短路脉冲电流
根据图3,可得电路微分方程如下:
undefined
由于可控短路发生时刻,即晶闸管触发时刻在ωt1+φ=(2k+1)π-δ,故取t1为时间零点,则有if(t1)=i2(t1)=i3(t1)=0。解微分方程最终得到if(t)的表达式如下:
undefined
式中:C0,A,B,C,D,r1,r2的计算公式见附录A。
基于上述理论推导结果,考虑到电能质量问题,δ不能太大,因此绘制δ=5°时,系统发生孤岛前后的短路脉冲电流波形如图4所示。
从图4可知,受解列引起的电压波动的影响,短路脉冲电流在分布式发电系统与主电网解列前后虽有差异,但并不明显,尤其是考虑到现场干扰的影响,该差异不足以用于DG孤岛状态的准确判定。从理论上讲,孤岛发生前后DG出口端的系统阻抗将发生显著变化,如果能够准确实时测量到DG出口端的系统阻抗,那将是检测DG孤岛状态的最理想指标。而本文所提出的向系统施加可控扰动的孤岛检测方案,恰恰可用于系统阻抗的准确测量。
1.3 谐波阻抗测量
设I(jnω)和U(jnω)分别是晶闸管瞬时导通产生的短路脉冲电流if和电压uf经傅里叶变换后的频率为ω的分量,则DG出口端的谐波阻抗可表示为[12]:
undefined
由于电力电子开关晶闸管的导通状态人为可控,因此可以在信号产生过程中采取控制措施以提高系统谐波阻抗测量的精度,从而避免如系统振荡等因素对测量结果的影响。比如,在孤岛判断允许的时间内进行多次测量,再取平均值,或者控制晶闸管的导通时间、极性以及周期,通过对产生的短路脉冲电压、电流进行编码来进一步提高系统谐波阻抗检测的精度。
2 仿真分析
利用MATLAB对本文方案进行仿真分析,仿真过程中各个元件的参数如下。
1)DG:UN=0.38 kV,SN=3 MVA,X*G=0.2(标幺值)。
2)升压变压器:SN=3.75 MVA,U2N=10 kV,U1N=0.4 kV,短路电压百分数Uk=0.045,P0=1.7 kW,Pk=10.3 kW。
3)线路:长度10 km,单位电阻r=0.45 Ω/km,单位电感l=1.17×10-3 H/km。
4)负荷:功率2 MW,功率因数0.9(滞后)。
5)隔离变压器:SN=30 kVA,U2N=0.38 kV,U1N=0.22 kV,短路电压百分数Uk=0.004,Pk=0.3 kW。
6)主电网:主电网等价为无穷大电源,UN=10 kV,XS=0.5 Ω,LS=1.59×10-3 H。
2.1 仿真图形分析
当δ=5°时,所得仿真图见图5。其中:图5(a)为孤岛前后DG出口端AB两相线电压uAB;图5(b)为短路脉冲电压uf;图5(c)为短路脉冲电流if。
1)由图5(a)可知,当δ=5°时,此方法对系统电压的影响很小,在线路上所产生的电压扰动远小于额定电压的1%,因此,本文所述方案对电能质量的影响可以忽略不计。
2)由图5(c)可以看出,孤岛前后的短路脉冲电压和电流波形与理论分析一致。当δ较小时,短路脉冲电流在孤岛前后差异不大,不足以作为孤岛检测的判据。
3)将图5(b)和(c)中的短路脉冲电压和短路脉冲电流分别进行傅里叶分析,便可计算系统的谐波阻抗,从而更灵敏准确地判断孤岛。
2.2 仿真数据处理
分别将前面得到的孤岛前后的短路脉冲电压和短路脉冲电流进行傅里叶变换,得到0至5次的电压与电流谐波,从而可以求出系统0至5次的谐波阻抗,并与理论计算值相比较,如表1所示。
由表1可知,本文方法测得的谐波阻抗与理论值非常接近。通过实际值与理论值的对比可以看出,DG解列前后,各次谐波阻抗的实部变化不大,而虚部的变化却十分显著。由上述分析得出:只比较谐波阻抗的虚部,便可灵敏地判断出是否发生孤岛。取由各次谐波得到的基波阻抗虚部的平均值作为此方法的判据,以达到更高的准确性。
定义孤岛检测灵敏度系数为:
undefined
式中:undefined为联网运行时的系统基波阻抗平均值;undefined为孤岛运行时的系统基波阻抗平均值。如果设k≥10%时发生孤岛,当δ=5°时,k=77.89%,灵敏度很高。
2.3 不同负荷容量下的灵敏度分析
图6分别给出了负荷容量为0.5 MW和2 MW时解列前后各次谐波阻抗虚部的对比图。由式(4)可以计算出0.5 MW负载时,灵敏度为89.9%,2 MW负载时,灵敏度为77.89%。从图和数据可以看出,虽然负载的变化会引起系统阻抗的变化,但是对本文所述孤岛检测方案判据的有效性几乎没有影响。该图同时再次验证了基于可控短路技术的系统阻抗测量方法的有效性。
3 多检测信号间的干扰分析
鉴于现有各种本地有源孤岛检测法普遍存在信号间干扰问题,有必要对本文所述方案进行检测信号间的干扰分析。下面针对2个信号对短路脉冲电压和电流的影响分别进行分析。
3.1 对短路脉冲电压的影响
联网时由于电网电压的稳定性,2个DG同时检测时短路脉冲电压与单台时一致。
孤岛时,由2.1节分析可知,本文所述方案对线路上的电压几乎没有影响,而且2个DG通过并联的方式连接在母线上,因此2个DG同时检测时,短路脉冲电压不会相互干扰。
3.2 对短路脉冲电流的影响
当本文所述方案应用于含有2个DG的分布式发电系统时,如果在2个DG出口端相同相间各自安装一晶闸管,其联网和孤岛状态下故障分量模型的等效网络如图7所示。
当开关S闭合时,系统处于联网状态。根据电路理论,该网络可以运用叠加原理进行分析。
定义流过uf 1的电流为:
if1=i1+i2′ (5)
式中:i1为uf1单独作用的电流;i2′为uf2单独作用的电流。
同理,定义流过uf2的电流为:
if2=i2+i1′ (6)
由前面的分析可以得出,联网运行状态时,系统阻抗LS要远远小于网络中的其他阻抗元件,因此由2个电源产生的电流主要流经LS,如图7中宽箭头所示。而分流到对侧电源所在支路的电流的比例非常小,甚至可以忽略,即if1≈i1,if2≈i2。
当S断开时,系统处于孤岛状态。其等值网络为2个左右完全对称的电路。根据电路理论知识可以证明,左右两边完全对称的网络彼此互不影响。
综上所述,当2个DG同时进行孤岛检测时,其短路脉冲电压和短路脉冲电流几乎没有干扰,因此,可以认为计算得到的谐波阻抗和系统阻抗均准确有效。
为了验证以上分析的正确性,通过仿真得到的结果如图8所示。仿真结果与理论分析一致。
以上分析结论可以推广到多个DG同时检测的情况。多个DG同时检测时,仿真实验测得的孤岛前后基波阻抗虚部的平均值以及灵敏度如表2所示。从表中可以看出,虽然随着DG数量的增加,灵敏度系数k有所减小,但是增加到30个DG时,k=59.90%,仍然很高,不影响本方案的有效性。由此,当多个DG同时检测时,信号间的干扰可以近似忽略。
4 模拟实验
为了进一步检验该孤岛检测方案在实际中的检测性能,本文进行了模拟实验,验证了该方法的有效性。
简化的分布式发电系统模型参数如下。
1)线路:
R=4.5 Ω,额定容量0.5 kW;L=23.2 mH,额定容量100 VA。
2)负荷:
R=45 Ω,额定容量1 kW;L=191 mH,额定容量400 VA。
3)DG出口电抗等值:
L=63.7 mH,额定容量200 VA。
4)主系统等效电抗:
LS=1.6 mH,额定容量50 VA。
5) 隔离变压器等值:
R=30 Ω,L=79.6 mH,额定容量200 VA。
当δ=5°时,联网与孤岛时得到的短路脉冲对比如图9所示。
从图9可以看出,模拟实验得到的短路脉冲与理论分析以及仿真结果一致,同样存在灵敏度不高的问题。
使用前面提到的方法,将得到的短路脉冲电压以及短路脉冲电流进行傅里叶分析,求得各次谐波阻抗。δ=5°时,孤岛前后0至5次谐波阻抗数据如表3所示。由对比可知,模拟实验结果与理论分析以及仿真结果一致。
5 结语
本文利用电力电子开关的可控特性,提出了一种系统阻抗的有源测量方法,并将该测量方法应用于分布式发电系统的孤岛检测当中,建立了新型孤岛检测方案的理论判据。该方案的主要优点如下。
1)由于该方案是通过改变系统的电路结构向系统加入扰动,因此有效避免了同通道多检测信号间的干扰对孤岛检测有效性的影响。
2)由于信号发生装置安装于DG出口端,与DG自身的结构无关,因此适用于各种DG。
3)孤岛检测的有效性受系统参数的影响小。
理论分析、仿真实验和模拟实验均说明本文所述方案可以准确地计算出DG出口端的系统阻抗,从而可以有效检测出相应DG是否处于孤岛状态。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
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短路检测 篇6
关键词：匝间短路,不对称运行,同步发电机,定子绕组,故障检测
0 引言
同步发电机定子绕组匝间短路故障是一种常见的、破坏性很强的故障[1,2,3,4],对发电机、乃至电力系统的安全运行都将带来一系列严重的影响,有效地判断出该故障是否发生具有十分重要的意义。文献[5]将定子绕组正序3次谐波电动势作为定子绕组发生匝间或相间短路时的故障特征。文献[6]研究定子绕组短路对发电机定子绕组并联支路环流特性的影响,得出定子绕组故障将引起定子绕组并联支路之间的基波环流,且幅值随短路程度的增加而增大。此方法需要在定子绕组并联支路内装设传感器,但不易实现。文献[7]通过测量励磁机电枢电流的谐波成分来检测发电机定子绕组故障,将励磁机电枢电流的400 Hz谐波分量作为故障特征。文献[8]研究定子绕组匝间短路对发电机定、转子径向振动特性的影响,得出定子垂直方向频率为2倍基频的振动速度变大的结论。文献[9]应用R/S分析和小波变换,将定子绕组匝间短路时发电机相电压、相电流暂态波形在一定尺度下低频分量的分形维数曲线作为故障特征来识别3种不同类型的匝间短路,但结论缺乏一般性。
大型同步发电机定子绕组内部同分支匝间短路,特别是匝数很小的短路,短路环中的电流很大,但发电机端和中性点侧电流变化很小[10],这就增加了故障检测的难度。并且当发电机接有容量较大的不对称负荷或是由于系统中出现短路故障、非全相运行等异常状态时,都会造成发电机的不对称运行。而发电机不对称运行时出现的故障特征与定子绕组匝间短路的故障特征相似。发电机的负序功率方向保护可以区分上述2种故障,但是在外部系统发生对称或不对称的暂态过程中,或者在系统发生单相短路的单相跳闸、单相重合于永久故障继而三相跳闸的全过程中可能发生频率偏离,极易造成误动。本文针对上述问题,借鉴多回路理论[11,12,13]的思想,应用交流电机绕组理论[14]深入分析了定子绕组同分支小匝数的匝间短路对发电机定子绕组侧和转子绕组侧的电磁影响,得到了适用于一般电机结构的,区别于发电机不对称运行的故障特征规律。最后通过算例分析和实测故障模拟发电机的试验数据对理论分析进行了验证。
1 研究对象与分析方法
本文分析的交流电机的定子绕组为常用的三相双层叠绕组,每极每相槽数为整数,相带为60°电角度。单层绕组为整距绕组,属于双层绕组的特例,因此,文中不再对单层绕组单独进行理论分析。叠绕组的线圈组之间连接线较长,实际同步发电机中相邻线圈组相互串联连接组成并联支路。转子绕组以纵轴为中心对称分布,由一系列同心线圈串联而成。凸极电机的励磁绕组为集中式绕组,结构比隐极电机的励磁绕组简单,以下也不再单独讨论。本文采用传统的谐波分析方法,假定电机铁心未饱和,忽略齿槽效应,气隙均匀,其导磁系数为常数,从而构成线性磁路。
发电机定子绕组匝间短路后,定子绕组的磁动势可看作短路前的定子绕组磁动势和短路线圈通过反向电枢电流产生的磁动势的叠加量[7,15,16]。由于前者是完全对称的,只需对短路线圈产生的脉振磁动势进行分析即可。该磁动势可分解为一系列转速不同、转向相反的旋转磁动势,将在转子绕组和定子绕组上感应一系列谐波电动势,形成不同的谐波电流。而发电机不对称运行时,定子绕组的三相负序电流仅在气隙中产生转速与转子转速相同、转向与转子转向相反的旋转磁动势。该磁动势仅在转子绕组上感应出2倍基频的谐波电动势。若忽略2种故障情况下发电机定子绕组对转子绕组的谐波电枢反应,则定子绕组匝间短路时转子绕组上将产生区别于发电机不对称运行时的谐波电动势。
本文从短路线圈产生的脉振磁动势出发,依次分析定子绕组和转子绕组上感应的谐波成分。分析过程中依据先分解后综合的原则,即在分析定子绕组的感应电动势时把单个线圈作为基本单位,然后按照线圈组、并联支路的顺序依次综合分析。在分析转子绕组的感应电动势时把转子绕组的单个线圈作为基本单位,然后按照每极线圈组、并联支路的顺序依次综合分析。同理将定子绕组短路匝产生的脉振磁动势分解为一系列谐波磁动势,先分析某一次谐波磁动势对定子绕组侧和转子绕组侧的影响,然后将各次谐波磁动势产生的电磁影响进行叠加。
2 定子绕组匝间短路时定子绕组感应电动势谐波分析
设定子绕组短路匝流过的反向电枢电流为I sinωt,短路线圈的跨距为yd(单位为机械弧度),短路匝数为Nd,则定子绕组短路线圈产生的脉振磁动势Fd(x)可分解为
从式(1)可看出,定子短路线圈产生的脉振磁动势可分解为一对对转速为30ω/(πn)(r/min),转向相反的旋转磁动势之和。它们在气隙中以不同的速度旋转,将在定子绕组上感应电动势。
设定子绕组单个线圈的节距为yc机械弧度,在t=0时刻A相线圈1的一个有效边处在正向旋转的第n次旋转磁动势N极的中心底下,磁动势向线圈1的另一个有效边方向旋转。则线圈1产生的感应电动势Et1为
其中,Nc为线圈匝数;λ为气隙的导磁系数;l为定子铁心长度;v(m/s)为第n次旋转磁动势的旋转速度;sin(nyc/2)为线圈的短距系数,当nyc/2=kπ,k=1,2,3,…时,Et1=0。令Et1=Asinωt,A为Et1幅值。
大多数电机绕组从电动势和磁动势计算来看属于等元件绕组。因此设每个线圈组由q个匝数相同、节距相等、在空间上等距离分布的线圈串联而成。设发电机转子实际极对数为p。则A相线圈组1的感应电动势Eq1为
其中,q为每极每相槽数,q=Z/(6 p);Z为定子槽数。
分布系数kqv1为
当n=6 pk,k=1,2,3,…时,Eq1=0。令Eq1=A1sin(ωt-α1),则A1为Eq1的幅值,A1=qAkqv1。
双层绕组每相有2 p个线圈组,最大并联支路数为2 p。假设其并联支路数为M,则A相第j个并联支路的感应电动势Ebj为
分布系数kqv2为
kqv2=M sinπ/(p+n)/M/{2 pcos[nπ/(2p)]}(6)其中,0≤kqv2≤1。当kqv2≠0时,每条并联支路感应电动势的相位差为-(2π/M)(p+n)。因为KM=2 p,K为整数,所以各并联支路感应电动势的相位差为-(Kπ+2nπ/M)。由式(2)~(6)可知,并联支路感应电动势的幅值A2为
定子绕组匝间短路时短路线圈产生极对数为1,2,3,…,n,…的旋转磁动势对。对于第n次正向旋转的旋转磁动势,当线圈的短距系数,分布系数kqv1、kqv2不为零时,定子A相绕组的并联支路中的感应电动势具有以下3点特征规律。
a.感应电动势的频率为发电机电枢电流的基频。
b.由式(7)可知,感应电动势的幅值同定子绕组的短路匝数和电枢电流成正比,由于式(7)中v与n成反比,所以感应电动势的幅值同脉振磁动势Fd(x)的谐波次数n2成反比。
c.各并联支路感应电动势的相位差为-(Kπ+2nπ/M)。随着谐波次数n的不同,并联支路间感应电动势的相位差会发生变化,并联支路间可能会形成正序或负序的环流,也可能当发电机负载运行时形成同相位的谐波电流。因此,当发电机空载或负载运行时,定子绕组匝间短路引起的定子绕组的感应电动势都会产生定子谐波电流。
同理可得,定子B、C相绕组的并联支路感应电动势也有相同的故障特征,只不过比A相对应的并联支路感应电动势分别滞后2nπ/(3p)、4nπ/(3p)电角度。定子绕组短路时产生的反向旋转的第n次旋转磁动势,也会在定子绕组并联支路中产生相同故障特征,但三相绕组相应的并联支路感应电动势的相位次序为负序。
3 定子绕组匝间短路时转子绕组感应电动势的谐波特征
设在t=0时刻,转子某一极的纵轴处在第n次旋转磁动势对的N极的中心底下,如图1所示。设转子绕组每极有L个线圈,线圈的匝数为Nf。线圈1的节距为α1机械角度,线圈j+1与j+2的线棒间距为α2机械角度,j=0,1,2,…,L-1。
若第n次旋转磁动势相对转子绕组的转向与转子实际转向相同,相对转速为v1(m/s),则在该极绕组上的感应电动势Er1为
其中,ω1为感应电动势的角频率,ω1=p-nω/p。
分布系数kqv3为
其中,0≤kqv3≤1。kqv3≠0时,令Er1=B1kqv3sinω1t。转子有2 p个极绕组相互串联,则励磁绕组上感应的电动势Er为
分布系数kqv4为
其中,当n=(2k+1)p,k=0,1,2,…时,kqv4=1;当n取其他值时,kqv4=0。因此,励磁绕组感应电势的幅值为
频率为发电机电枢电流基频的2k倍,k=0,1,2,…。同理可得,若第n次旋转磁动势相对转子绕组的转向与转子实际转向相反,相对转速为v2(m/s),将在转子绕组上感应电动势,其频率为发电机电枢电流基频的2k+2倍,k=0,1,2,…。将式(12)中的v1替换成v2即为该感应电动势的幅值。
当定子绕组匝间短路时,转子绕组在结构上是完全对称的。从式(11)可见,当n=2kp,k=0,1,2,…时,转子绕组上不会感应出谐波电动势,这与文献[17]得到的结论是一致的。但是文献中电机模型为凸极式转子,其励磁绕组为集中式绕组,结构较为简单。当转子为隐极式结构时,除了kqv4≠0外,还要保证kqv2≠0,这就与励磁绕组线圈的节距和极绕组的串联线圈数有关。当kqv3≠0且kqv4≠0时,对应第n次旋转磁动势对,将在励磁绕组上产生频率为p±nω/(2πp)的感应电动势,其幅值与定子绕组的短路匝数、励磁线圈匝数、旋转磁动势转速和电枢电流幅值成正比。因此,同为第n次旋转磁动势,转向与转子转向相反的磁动势在转子绕组上产生的感应电动势幅值比转向相同的磁动势产生的感应电动势幅值要大。
4 算例与试验结果分析
按照上文的理论分析方法,以故障模拟试验所用的发电机为对象,分别进行发电机不对称运行和定子绕组同分支匝间短路的故障分析。发电机具体参数如下:额定容量10 kV·A,额定功率8 kW,额定转速nr=1 500 r/min,转子极对数p=2,励磁绕组每极有2个线圈串联,节距分别为45°和75°(机械角度),转子线圈匝数为95匝。定子槽数为36,定子绕组为三相单层交叉式叠绕组,定子线圈匝数为39匝,每相绕组有2个并联支路。设发电机不对称运行(三相负载为74Ω、55Ω、74Ω),发电机不对称运行(三相负载为75Ω、75Ω、46Ω),发电机每相负载为75Ω时,定子绕组线圈3匝短路、7匝短路、10匝短路分别为发电机故障状态F1、F2、F3、F4、F5。计算定子绕组匝间短路故障特征时,取极对数n=1,2,…,10分别计算即可。根据上述试验发电机的结构参数和故障状态,推导结果如表1所示(表中,励磁电流频谱幅值Am的单位按1 A∶900 mV转换成电压单位)。
由表1可看出,发电机不对称运行与定子绕组匝间短路都会使得定子绕组的并联支路内产生基频的环流,并在转子绕组内产生2倍基频的感应电流。基于上述故障特征,无法区分这2种故障。但是定子绕组匝间短路时,转子绕组上将产生幅值较大的频率为200 Hz、300 Hz的感应电动势,其中300 Hz的故障特征最为明显。基于该故障特征,可以有效区别定子绕组匝间短路和发电机不对称运行。
利用发电机故障模拟平台进行了发电机定子绕组短路试验和发电机不对称运行试验。电网通过三相整流桥和可调变压器为发电机的励磁机提供励磁电压。在定子绕组的中性点、A相一条并联支路内第3匝、第10匝处引出3个抽头,模拟定子绕组内部同分支匝间短路故障。发电机定子绕组匝间短路时,发电机带三相对称阻性负载运行,每相负载为75Ω。发电机励磁电流经过电流传感器按比例为1 A∶900 mV转化成电压信号后由数据采集卡采集。应用LabVIEW软件对采集的数据进行分析和处理。
定子绕组正常时,发电机分别带3组阻性负载运行,得到发电机励磁电流频谱如图2所示。图中发电机励磁电流的直流分量幅值分别为4 012 mV、3 995 mV、4 454 mV所对应的值(频谱图中受显示区间限制,直流分量幅值未标出,下同)。3组三相负载分别为75Ω、75Ω、75Ω,74Ω、55Ω、74Ω,75Ω、75Ω、46Ω。可以看出,第一组三相负载为对称负荷,后两组三相负载不对称程度增加。
从图2可见,当发电机正常负载运行时,励磁电流中频率为100 Hz的分量幅值很小。当发电机不对称运行时,励磁电流的100 Hz分量幅值出现较大增长。当发电机负载的不对称程度进一步提高时,频率为100 Hz的谐波励磁电流的幅值所对应的值从55 m V增加到110 mV。而励磁电流其他频率分量的幅值在发电机不对称运行前后几乎没有发生任何变化。因此,仅有频率为100 Hz的励磁谐波电流的幅值能够反映发电机不对称运行的严重程度。理论上该故障特征能够通过气隙、定子绕组多次耦合到励磁绕组从而可能产生100 Hz倍频的谐波励磁电流[18],但从试验结果来看,这些故障频率的幅值太小,不能作为检测发电机不对称运行的主要故障特征。
当发电机带对称负载运行时,分别短接定子绕组线圈的3匝、7匝和10匝,测得发电机励磁电流频谱如图3所示。为了避免短路分支内较大的短路电流,将0.7Ω电阻串入短路回路内。图3中发电机励磁电流的直流分量幅值分别为3 956 mV、4 080 mV、3 973 mV所对应的值。
从图3可以看出,当发电机定子绕组线圈短路3匝时,励磁电流中频率为100 Hz的分量幅值出现小幅增长,但是其他频率分量的幅值没有出现任何变化。当定子绕组线圈短路7匝时,励磁电流中的100 Hz分量幅值出现较大增长,频率为200 Hz、300 Hz的谐波电流幅值均出现小幅增长。当定子绕组线圈短路10匝时,频率为100 Hz的谐波励磁电流的幅值所对应的值从67 mV增加到143 mV,频率为200 Hz、300 Hz的谐波励磁电流的幅值均进一步增长。除100 Hz分量外,频率为300 Hz的谐波励磁电流增长最明显,幅值最大。由以上分析可知,与发电机不对称运行一样,定子绕组匝间短路的主要故障特征为励磁电流的100 Hz频率分量。但区别于发电机不对称运行的是,除了该主要故障特征,定子绕组匝间短路还会引起频率为200 Hz、300 Hz的谐波电流幅值大幅增长,且300 Hz的谐波幅值增长较大。该结论与上文算例的计算结果基本一致。实验结果验证了理论分析的正确性。
根据实验数据可得,5种发电机故障情况下,励磁电流的100 Hz、200 Hz、300 Hz频率分量的幅值如图4所示。
从图4可以看出,励磁电流的100 Hz频率分量对发电机不对称运行和定子绕组匝间短路都十分敏感。但是在定子绕组匝间短路匝数很小时(如F3状态),100 Hz谐波励磁电流的幅值较小,基于励磁电流的定子绕组匝间短路故障检测存在死区。若想消除检测死区,除了提高传感器和采集卡的精度外,还可以在转子上装设额外的检测线圈[17]。发电机不对称运行程度变大时,频率为200 Hz、300 Hz的谐波励磁电流幅值变化不明显。但发电机定子绕组匝间短路程度变大时,频率为200 Hz、300 Hz的谐波励磁电流幅值也逐渐增大,且300 Hz的谐波励磁电流幅值较大,更易于定子绕组匝间短路检测。
在每种发电机故障情况下,励磁电流谐波幅值的计算和实验结果都存在着一定的偏差,这是因为算例计算过程中假设了一些理想条件,与实际发电机运行状态有所区别。另外,励磁电流的谐波成分幅值较小,其实验数据受到检测环境和检测设备的影响较大。但是,从计算和实验结果都可看出,如果定子绕组匝间短路产生的励磁电流2倍基频谐波成分与发电机不对称运行时励磁电流2倍基频谐波成分幅值相当,则励磁电流其他的偶数次基频谐波成分幅值比发电机不对称运行时产生的对应谐波成分幅值要大得多。因此,当检测出励磁电流出现2倍基频的谐波分量时,可以判定发电机不对称运行或者定子绕组匝间短路,进一步检测励磁电流的谐波分量,若6倍基频的谐波励磁电流幅值增长较大,则可以判定为定子绕组匝间短路故障。若4倍或6倍基频的励磁电流谐波幅值增长不明显,则可以判定为发电机不对称运行故障。
5 结论
本文得到了定子绕组内部同分支匝间短路时,适用于一般电机定子绕组结构和转子绕组结构的故障特征规律。
a.定子绕组匝间短路产生极对数为1,2,3,…n,…的转速不同、转向相反的一系列旋转磁动势谐波。这些磁动势谐波都在定子绕组并联支路内产生基频的感应电动势。给出了该感应电动势幅值和相位的近似解析解。随着谐波次数n的不同,并联支路间感应电动势的相位差会发生变化,并联支路间可能会形成正序或负序的环流,也可能当发电机负载运行时形成零序的谐波电流。
b.对应定子绕组短路匝产生的第n次旋转磁动势对,励磁绕组将产生频率为p±nω/(2πp)的感应电动势,给出了该谐波电动势幅值的近似解析解。但是由于转子绕组完全对称的结构,某些故障特征频率的感应电动势会在转子绕组上抵消为零。转子极对数、定子绕组匝间短路产生的旋转磁动势的极对数n、励磁绕组线圈的节距和极绕组的串联线圈数共同影响定子绕组匝间短路时转子绕组侧故障特征的频率成分及其幅值大小。
爱情短路了 篇7
有春日的风穿过狭长的走廊，吹乱了她的头发。她想起了从前，他和她一草一木，如春燕含泥般建起了这个小小的窝。这个水壶是他们在逛超市时买的特价品，当时他说特价的肯定有质量问题，让她不要买。她数着钱包里面仅有的几张钞票思量许久，还是买下这个特价的水壶。果然，水壶买回来证实是有质量问题--水烧到80度的时候就开始沸腾，所以要多烧几分钟才能喝。从来都是她烧水做饭，他不知道使用这个热水壶的秘诀。
男人仍然一言不发，要在以往他会抱住她请求她原谅，但现在，他显然已经不在乎她了，看见她哭，居然还无动于衷地坐在沙發上抽烟。
他既然不稀罕我们的感情，我又为什么要为他流泪呢？她果断地擦掉眼泪，看见壶里的水已经冒着热气，肯定还没有沸腾。她决定等水开后就走，一分钟也不停留。5分钟后，水还没有开，她有点迟疑了，究竟还要不要等下去呢？
又过了10分钟，水不仅没开，而且变凉了。原来热水壶彻底坏了.她拎起袋子，决定离去。男人突然用嘶哑的声音叫她："别走！"
他想明白了：她在气头上，还关心那个热水壶的水没烧开，那是因为她担忧他有点虚弱的肠胃能不能承受这没煮沸的水。拥有这样的女子，该是他一生的福气啊! 他在她身后紧紧地抱着她，泪珠滚落到她的头发上。