定子直流电阻（共5篇）
定子直流电阻 篇1
摘要：本文介绍了发电机定子绕组直流电阻不平衡的诊断方法,以紧水滩电站4号发电机定子三相直流电阻不平衡的故障为例,说明如何根据测试数据,针对性地采用分段优选法发现定子线棒焊接不良位置并采取有效方法进行处理的过程。
关键词：发电机,定子绕组,直流电阻不平衡,故障诊断和处理
1 概述
1.1 发电机设计参数
紧水滩电站4号发电机型号:SF-K50-30/6400,额定容量:58800kVA,额定出力:50000kW,额定电压:105kV,额定电流:3235A,额定频率:50Hz,功率因素:0.85(滞后),额定励磁电压:165V,额定励磁电流:1087A,额定相数:3相,定子槽数:324槽,定子温升:85-120℃,绝缘等级:B/B,绕组接法:2Y,接地方式:经消弧线圈接地,冷却方式:无风扇双闭路自循环空冷,生产厂家:杭州发电设备厂。
1.2直流电阻不平衡产生原因
紧水滩电站4号发电机,在测量定子各分支间的直流电阻时,发现相间最大互差达到20%。根据规程要求:水轮发电机定子绕组各相或各分支的直流电阻值,在校正了由于引线长度不同而引起的误差后,相互间互差与初次(出厂或交接时)测量值比较,相差不得大于最小值的1.0%。通过测量定子绕组的直流电阻,可有效地分析和判断接头焊接质量及端部接头因填充不好、松散振动而产生的断股;发现因定子绕组端部及引线切向和径向振动而产生的疲劳断股和导线换位编花处因应力集中、电磁力作用及松散导线相互摩擦而产生的磨断和疲劳断裂的缺陷。一般来讲,定子绕组的直流电阻的变化主要反映接头焊接质量不良如焊接断股、脱锡和虚焊等问题,线棒铜导线和引出线电阻,变化很小。由于定子焊接头在运行中长期通过工作电流,还可能发生短时承受短路电流及冲击电流,因此在发电机定子线棒的接头虚焊和股线应力集中处的断股将会在运行过程中,逐步暴露出直流电阻的不平衡现象。因此说明机组定子绕组存在直流电阻不平衡的缺陷。
2 定子绕组直流电阻不平衡故障诊断常用方法
2.1 直流电桥法
将被试绕组按要求接入直流双臂电桥,并打至测量位置,调节电桥到平衡状态,用木榔头或胶皮锤轻轻敲击有疑点绕组的端部接头,观察检流计有无反应,以此来判断接头是否良好。缺点是不能找到电阻准确的故障接头。
2.2分段优选法
直流电焊机:将直流电焊机电流通入定子故障相绕组,钻孔探针测压降。将故障相绕组分段,用钻孔探针测压降,测量每段直流电阻,对比分析,筛选出故障绕组。缺点是电焊机电流难以稳定,数据分散性大,测量所需的电流较大,绕组有温升,间隔较长时间时测得的数据难以对比。变压器直阻仪:针对电焊机的缺点,我们可采用变压器直阻仪来测量,直阻仪的电流线接在定子绕组,电压线用钻孔探针搭在测量部位,这种方法可以直接读出电阻数值,精度比电焊机高。
2.3 红外测温法
利用红外线热像仪,测量定子线棒接头温度,对超出平均温升较高的接头,再结合以上的方法进一步测试和诊断。
3 紧水滩电站4号发电机直流电阻不平衡情况
3.1 历年的直流电阻测试情况:(如下表电阻均已折算到75℃)
表中的电阻值均包括了定子外部引线的电阻,因此表格中的不平衡系数与规程中规定的不平衡系数不能进行直接的比较,只能作为参考。从表中可以看出,不平衡系数以1997年为界,1997年前在1.5%左右,1997年后在1.9%左右,有较明显的增长趋势。
3.2修前进一步定位确认
对定子线棒接头进行检测,发现三个支路直流电阻较大,A上偏大1.5%,B上偏大2.2%,B下偏大0.9%,对A上和B上的利用分段优选法确定了A上电阻偏大的接头在60-70的范围(包括接头60,接头70,桥69-79),B上电阻偏大的接头在186-197范围(包括接头186,接头197,桥206-195),B下未进行定位。
3.3 红外线测温情况
紧水滩电站4号机定子线棒接头红外线测温
查图纸,3个接头的焊接都是在工地施工的,186,196接头属于B上分支,194接头属于B下分支。
3.4 故障诊断定位的简要过程
3.4.1 对紧水滩电站4号发电机6个分支,排除引线电阻,进行测试,数据如下
基本确定有问题的分支是A上、B上、B下。
3.4.2 对4号机发电机的每个分支,分成
6段测试,每段实测电阻除以它包含的线棒数量,算出每支线棒的平均电阻值,与正常每支线棒的平均电阻(94微欧)进行对比。由此确定有问题的分支和大概的位置,根据测试结果,找出有问题的部分如下表(电阻单位为微欧):
3.43按分段优选法对有问题的分支作进一步的测试,把每个故障部位的电阻偏大的数值折算成百分比,再和该分支总的电阻偏大的百分比对照,数据基本吻合。结果如下:
3.5 故障处理的工艺要求和简要过程
3.5.1 工艺准备:
清理场地、保持清洁,工器具、材料堆放整齐,石英粉放烘箱内烘干,烘箱温度不得超过100℃。用剪刀将银铜焊片按60×60mm规格进行剪切。因银铜焊片较脆,剪切时要小心、缓慢,避免出现裂口、破碎现象。制作规格为150×65×5mm的铜排,将两个长直角边倒45℃斜角,用0#砂皮将铜排一侧表面及各边角修理平整。
3.5.2 拆除连接接头
用白胶带做好所要拆的线棒接头记号。用凿子凿去接头环氧盒,并将并头套外面、线棒间的环氧处理干净。严禁将线棒端部绝缘层和导电体凿伤。用电工刀割去连接桥的接头绝缘层,割除长度为100mm。严禁将线棒和连接桥端部导电体凿伤。线棒底部用浸湿了石棉布披上。线棒上、下端部的绝缘层重点保护。用银铜焊机将连接桥接头接头锡焊熔开,取下连接桥;然后将并头套锡焊熔开,并通过专用工具取下并头套。
3.5.3 接头处理
用挫刀、砂皮、风轮等工具对接头表面进行修整处理,除去表面的锡,并使表面平整。用整形工具将接头矫正,使对应的接头表面平齐。用风管将接头部位、周围环境清扫干净。
3.5.4 焊接处理
准备好银铜焊机、连接铜排、银铜焊条、银铜焊片。用浸湿的石棉布条将线棒端部绝缘层包扎好,防止受热损伤。用大力钳将连接两块铜排夹在上、下层线棒连接头两边,将银铜焊片塞入铜排与线棒连接头之间,调整好位置后,将银铜焊机的焊接头夹在两块铜排外侧,2人准备好银铜焊条。间断性加电流,待连接头发红,用银铜焊条在铜排与线棒连接头连接的边缘修补,以保证焊接良好,待银铜焊片全部熔化、边缘修补完整后,断开电流,并松开银铜焊机焊接头。
3.5.5浇注环氧和绝缘包扎
上端环氧盒套入线棒连接头,并在环氧盒与连接头间夹两根Φ4mm的橡皮筋。下端环氧盒分两组并按连接头间距分别放置在平平板上,并用两只千斤顶将平板顶住,放置在线棒连接头的正下方30mm处。环氧盒上部应与其它的环氧盒平齐。
盛适量搅拌好的环氧从上端环氧盒的开口处灌入环氧盒,过程要缓慢,以使环氧盒内的空气全部排出,并注意底部的腻子出现渗漏现象。下端环氧盒内的环氧统一灌入1/2环氧盒高度,然后用千斤顶统一将环氧盒顶上去,过程也要缓慢,以使空气全部排出,一直顶到与其它环氧盒平齐。同时要用人在对环氧外部溢出的环氧进行清除。用云母带按半叠式包扎引线接头和连接桥,每包扎2层刷一道环氧,共包扎16层,然后外部包扎2层玻璃丝带并刷一道环氧。
4 测试结果和结论
4.1 重新对定子各分支的直流电阻进行测量和比对结果如下:
处理后的测试结果符合规程要求。
4.2结论
用分段优选法进行水轮发电机定子绕组直流电阻不平衡诊断,可以有效地找到所有故障点。
用变压器直阻仪代替直流电焊机测量,不仅方便,而且提高了测量精度。
参考文献
[1]DL/T 596 1996,电力设备预防性试验期程
基于模糊控制的定子电阻辨识研究 篇2
在异步电机高性能控制研究应用的发展过程中,矢量控制实现了转矩与转子磁场的解耦控制,但矢量控制的解耦取决于转子磁场的准确定向和转速的精确估计,且转子磁场的定向和速度估计受到电机参数特别是易于变化的定转子电阻的影响。感应电机定转子电阻的变化对磁场定向的准确性与解耦控制的性能影响很大,当参数发生变化时,由于不能够进行准确的磁场定向和解耦,将导致矢量控制系统性能下降。因此,在矢量控制方法中,参数的准确与否直接影响电机运行特性的优劣。
定子电阻的变化与温升、运行时间、定子电流等诸多因素有关,且定子电流越大、电机运行时间越长、电机温度越高,则定子电阻变化越大。即使在不考虑弱磁和磁饱和的情况,仅温升引起的定子阻值变化就能达到室温下所测电阻值的0.75～1.5倍。定子电阻的变化将影响定子电压的漂移,破坏系统的动态特性,转子速度和磁链角的准确估计也因此遭到破坏。尤其是在低速和弱磁的环境下,矢量控制对定子电阻的变化尤其敏感[1]。
由于定子电阻与定子电流间的非线性关系,没有一定精确的数学模型。采用传统的建立数学模型的方法难以精确求得定子电阻,而模糊控制无须精确确定对象模型,只需将技术人员长期实践积累的经验知识用控制规则模型化,然后运用推理便可对控制量实现最优控制。以往的定子电阻模糊辨识器大多是以温度及其变化作为输入[2,3],但这种方法的缺点是安装在定子中的热敏电阻网络降低了电机的机械特性,而且不易安装。文中模糊逻辑控制器的输入是由静止坐标系下的电流模型估算的电流幅值和实测的电流幅值的误差值和误差值的变化量,输出为定子电阻的变化量,提高了电机在低速状态下的响应速度,转矩脉动小,具有很好的鲁棒性。
1 模糊控制辩识器的设计
1.1 模糊控制理论简介
1965年,美国加利福尼亚大学著名教授查德(Lotfi Zadeh)在其论文《Fuzzy Set》中首先提出了用“隶属函数”概念来定量描述模糊性的模糊集合理论,为描述和处理事物的模糊性和系统中的不确定性,为模拟人的模糊逻辑思维功能,提供了强有力的工具,奠定了模糊控制理论和应用研究的基础。自从1974年英国马丹尼(E.H.Mamdani)把模糊语言逻辑用于过程控制获得成功的三十多年来,模糊控制在工业过程、家用电器以及高技术领域的一系列的成功应用,充分显示了模糊控制的巨大应用潜力[4]。
模糊控制系统主要具有以下优点:
(1)模糊控制系统不依赖于系统的精确数学模型,特别适宜于复杂系统与模糊对象等的采用,因为它们的精确数学模型很难获得或者根本无法找到。(2)模糊控制中的知识表示、模糊规则和合成推理是基于专家知识或熟练操作者的成熟经验,并通过学习不断更新,因此它具有智能性和自学习性。(3)模糊控制系统的核心是模糊控制器,而模糊控制器多是以计算机为主体,因此它兼有计算机控制系统的特点,如具有数字控制的精确性与软件编程的灵活性等。(4)模糊控制系统的人机界面有一定程度的友好性,它对于有一定操作经验而对控制理论并不熟悉的工作人员来说,很容易学会和掌握,并且易于使用“语言”进行人机对话,更好地为操作者提供控制信息。
一个模糊系统实质上包括一个基于模糊逻辑的给定输入集合到输出集合的映射算式。该映射的过程反映了推理或推断的基本思想。一个模糊推理过程包括以下5个步骤:(1)输入变量的模糊化;(2)对规则的前提部分应用模糊运算(AND,OR,NOT);(3)从前提到结论的推理;(4)所有规则作用结果的聚集;(5)解模糊。
1.2 模糊控制器设计
由电机理论可知,在两相静止坐标系下异步电机的电压方程为:
式中,usα、usβ和isα、isβ分别为两相静止坐标系下的定子电压和电流;urα、urβ和irα、irβ分别为两相静止坐标系下的转子电压和电流;Rs为定子电阻;Rr为转子电阻;Ls为定子电感;Lr为转子电感;Lm为互感;ωr为转子角速度;p为微分算子。
在两相静止坐标系下磁链观测的电流模型方程为:
式中,ψrα、ψrβ分别为两相静止坐标系下的转子磁链;Tr为转子时间常数,
由式(1)和式(2),电流模型方程可重新整理为:
式中,σ为电机漏磁系数,
由式(3)的离散化形式,可以得到一个新的α轴电流估计模型:
式中参数表示为:
同样由式(4)的离散化形式,可得β轴电流估计模型:
定子电流的幅值表达式为:
本文所设计的模糊逻辑辩识器是根据定子电流幅值的偏差量来获得定子电阻的变化量ΔRs。定子电流的估计值和测量值Is(k)的误差通过模糊逻辑辩识器来决定定子电阻的增量。模糊逻辑辩识器的输入变量为定子电流的偏差量e(k)和定子电流偏差量的增量Δe(k)。
模糊逻辑控制器的输入语言变量为估计的电流误差值和电流偏差值的增量,输出语言变量为估计的定子电阻变化量。语言变量划分为7个模糊子集分别为:负大(NL)、负中(NM)、负小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PL),其隶属函数形状可选用三角形、梯形或正态分布等,这里采用三角形隶属函数。输入定子电流增量离散域为-12～12,;输入定子电流误差增量离散域为-0.05～0.05,;输出定子电阻值增量离散域为-0.015～0.015。根据模糊逻辑控制器的输出,利用Mamdani推理法,可以获得49条推理规则,如表1所示。
根据以上所设计的估算规则,得到定子电阻的变化曲面如图1所示。由图可以看出,当定子电流偏差e为负的最大(NL),定子电流偏差的增量Δe也为负的最大(NL)时,定子电阻变化量ΔRs也为负的最大(NL),与规则表完全一致。
在采用Mamdnai推理方法获得模糊控制器的输出时,往往不是一条规则起作用,当多条规则起作用时,其输出的是各个有效规则作用的合成。文献中介绍了多种模糊控制器输出的合成方法,但最常用的是MAX-MIN合成方法,即每条规则的输出采用取最小算子,而模糊输出的合成却采用取最大算子。最后通过加权平均判决法经过反模糊化,将控制量的模糊集转化成精确的控制量。
2 系统仿真与结果
2.1 仿真模型搭建
根据以上理论知识,利用Matlab/Simulink仿真平台及其模糊控制工具箱建立仿真模型进行验证。主要电机参数为:Rs=1.798 4Ω,Rr=1.588Ω,Ls=0.397 3 H,Lr=0.394 7 H,Lm=0.387 H,极对数为2,转动惯量为0.034 3 kg·m2。运行工况如下:空载恒转矩50 N·m启动,设定转子角速度为80 rad/s,0.2 s突加负载10 N·m。定子电阻Rs变化情况如表2所示。
2.2 仿真结果及分析
在整个辨识过程中,假设转子电阻恒定,同时用速度传感器来获得电机的转子速度,利用模糊控制来获得电机的定子电阻。图2为实际定子电阻和辨识定子电阻波形,可看出在定子电阻的辨识中获得了很好的特性,ΔRs≈±0.03Ω,ΔRs/Rs≈1.67%。
图3是电机定子电阻改变时,估计的静止坐标系下的定子电流幅值和实测的定子电流幅值的误差信号,由波形可以看出只有在定子电阻改变时产生一定误差,且很快恢复到零附近。
由于定子电阻很好的辨识特性,使得估计的定子电流较好的跟踪了实际输出定子电流,从而使得定子电阻的变化对电机的输入电流和转子磁链影响很小,如图4所示。
图5和图6分别是转子角速度波形和电磁转矩波形,由波形可以看出系统转速响应很快,约0.05 s即稳定在设定的转子角速度80 rad/s,电机以恒转矩50 N·m启动,启动完毕回到0 N·m,在0.2 s时,由于突加10 N·m负载,所以电磁转矩很快又变到10 N·m,且非常平稳。
3 结语
本文基于模糊控制理论设计了一种结构简单的模糊定子电阻辨识器,仿真结果表明辨识电阻与实际电阻十分接近。带有该辨识器的矢量控制系统具有较好的动态和静态特性,转速和电磁转矩响应迅速,波动小,证明了该理论的正确性和可行性。在实际系统中,电机转子参数变化对系统性能也有较大影响[5,6],所以实现时还需要加上转子参数辨识和误差校正环节来进一步提高系统的鲁棒性。
参考文献
[1]Attaianese C,Fusco G,Marongiu I,Perfetto A.Parameter Sensitivity of Speed Estimationin Speed Sensorless Induction Motor Drives[C]//Advnaecd Motion Conrtol AMC’96-MIE Proceedings,1996.
[2]Rahman M F,Haque Md E,Lixin T,et al.Problems associated with the direct torque control of an interior permanent-magnet synchronous motor drive and their remedies[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2004,51(4):799-809.
[3]Mir S,Elbuluk M E,Zinger D S.PI and fuzzy estimators for tuning the stator resistance in direct torque control of induction machines[J].IEEE Transactions on Power Electronics,1998,13(2):279-287.
[4]丛爽.神经网络、模糊系统及其在运动控制中的应用[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2001.
[5]李永东.交流电机数字控制系统[M].北京:机械工业出版社,2003.
定子直流电阻 篇3
我国普遍采用水-氢-氢冷却方式对大型发电机组进行冷却, 定子采用水内冷的方式;转子采用氢内冷;钉子铁心采用氢冷的方式。为了防止发电机内漏出或外界空气进入发电机内部而采用密封油系统。定子冷却水系统用于冷却发电机定子绕组;氢系统用于冷却发电机转子绕组及定子铁心。
1 发电机摇绝缘一般指的就是遥定子的绝缘 (吸收比) , 一般用2500V的遥表检查它的定子线圈绝缘电阻。
吸收比60S时所读取的绝缘电阻值与15S时的绝缘电阻比值。比值只要大于1.3就视为合格可以投入运行。
1.1 定子摇绝缘
1.1.1 确认发电机出口开关断开, 断开刀闸, 合地刀。
1.1.2 将发电机定子出线软连接解开, 如果盘车未停, 则解开时注意先用接地线将三相短接接地, 防止被感应电触到。
解开定子出线软连接相当于将发电机给隔离开, 这样到时候摇的绝缘就是发电机的绝缘, 而不会受出线封母、变压器或者出口开关的影响。
1.1.3 摇之前检查一下定子汇水管的接地线解开了没, 要解开。
1.1.4 接下来开始摇绝缘, 你们的30万发电机定子额定电压应该是20k V左右, 所以用2500V摇表摇。
如果摇A相绝缘, 则将BC相短接接地, 以此类推, 摇出三相各自的绝缘出来。每摇完一相, 就要对其短接接地使其充分放电, 才继续拆接线摇下一相。定子绝缘, 定子首端和尾端都得解开, 不能只解开一端。会水管是不用解开的, 会水管和地应该是等电位的。
1.2 转子摇绝缘:
应该将励系统先隔离, 断开进线三相交流开关。直接带励磁系统摇测绝缘可能会损坏励磁功率单元。使用的是500V的摇表。如果不考核轴电流, 只考核转子线圈对转子本体和地绝缘, 可以不运行油系统。
1.2.1 首先如果转子是没有抽出来的还在发电机里面的, 则发电机
的油系统必须运转起来, 保证转子不是直接与轴瓦相接触, 虽然轴瓦也有绝缘板隔着使其对外壳 (地) 绝缘, 但是为避免因为绝缘板受油污使其绝缘下降进而影响到转子绝缘的测量结果的准确性, 所以最好是将油系统转起来。如果已经停了有系统的, 则最好将轴瓦绝缘板的油污清除干净再摇。如果是转子已经抽出来的则不必担心。
1.2.2 接下来开始摇。
转子摇绝缘就是在两极引线处摇, 分别摇两极对地绝缘是多少。虽然两极在转子线圈里是连在一起的, 但一般检修的时候还是分别都摇。如果励磁母线已经解开了, 那么直接摇。如果还没解开, 那就是连着励磁母线到整流柜这一段也一起摇, 那么要检查整流柜里正负极母线上的二次线和小保险解开了没, 要解开。
2 发电机定子绝缘测量
定子测量绝缘的条件:
2.1 发电机充氢至额定0.3MPa。
2.2 定子冷却水系统投运正常且定冷水电导率合格 (0.5-1.5μs/cm) 。
2.3 拉开发电机中性点接地刀和发电机出口PT。
定子绕组绝缘测量方法与标准:对于一个温度为20℃和水的电导系数正常的发电机用1000~2500V专用摇表三相测试1min, 对地阻值应不小于25兆欧, 并且其绝缘吸收比应大于1.3, 若测得值低于25兆欧, 则认为不合格, 绝缘不合格时不得将机组投运, 应汇报值长和运管部、设备部主任 (副主任) 是否将机组投运。测量绝缘电阻后, 必须对地放电, 防止带电伤人。
3 发电机转子绝缘电阻测量
3.1 发电机转子绝缘测量时必须由检修人员打开转子回路与整流
柜连接铜排或取下发电机转子碳刷, 用500V兆欧表摇测转子线圈对地绝缘1min, 对地绝缘电阻在20℃时应大于100MΩ, 在30℃时应大于50MΩ。
3.2 如转子绕组绝缘电阻小于上述值, 可由吸收比来确定, 如果吸收比大于2可以认为其绝缘合格, 如小于或等于2, 其绝缘为不合格。
3.3 如果发电机转子绝缘不合格, 由检修人员用电热器加热干燥
或用直流电通入转子绕组加热干燥, 然后再进行测量。用直流电通过转子绕组时, 由于转子绕组有电阻存在, 所以会产生热量, 利用这个热量来干燥受潮的绝缘。
3.4 如果发电机转子绝缘不合格, 应在不加励磁的情况下, 使转子在额定转速下运行几个h, 然后在进行测量。
使转子转子温度升高, 对转子绝缘起干燥作用。
3.5 发电机转子绝缘测量完毕应对地放电, 并恢复转子回路与整流柜连接铜排的连接或装上发电机转子碳刷。
3.6 发电机励端轴承的绝缘由检修人员测量:
使用1000V摇表测量, 轴承座对地绝缘部件的绝缘电阻值不低于1MΩ, 如果绝缘低于此值, 应查明原因并采取措施消除。发电机汽端大轴接地碳刷良好, 以防轴电流损坏轴承。发电机一侧的接地碳刷为消除轴电流用的大轴接地碳刷, 另一侧的接地碳刷为发电机转子接地保护用接地碳刷。
4 发电机定子绝缘电阻低分析
在发电机多次起机过程中, 均出现发电机定子绝缘数值低, 达不到起机要求, 导致无法起机。从发电机绝缘电阻测量及定子绝缘结构方面来讲, 被试发电机的定子出水汇流管直接接地, 给通水后测量定子绕组绝缘电阻带来困难。在转子未通水情况下要求:定子绕组绝缘在干燥状态接近工作温度时, 用2500V兆欧表测量, 其值不低于3MΩ;在转子通水情况下要求:用2500V普通兆欧表测量, 其值不低于1MΩ。
5 发电机定子绝缘电阻低处理措施
针对水氢氢冷却型发电机绝缘电阻低问题, 可以采用如下办法:
5.1 定子冷却水在发电机外部进行机外循环, 通过离子交换器的处理, 改善定冷水水质, 定期检测定冷水水质直到电导率低于0.
5μS/cm, PH值在 (7~8) 之间, Cu离子含量保持在40μg/L以下。
5.2 在定子冷却水符合标准要求后, 通入发电机内部进行机内循环。
同时逐步投入定子冷却水加热器, 将定子冷却水温度逐步提升。每升高5℃将运行状况保持4h, 以驱赶机内线棒间的潮气。
5.3 在通入定冷水的同时开启氢气系统的循环风机, 氢气干燥装
置, 以使氢气较快的进行循环, 并且得到干燥, 从而得到干燥发电机内部铁心的目的。
5.4 当定子冷却水温度达到一定温度后, 保持运行六小时左右, 然后退出所有的定子冷水电加热器。
继续运行至定子冷却水温度恢复到正常运行温度。
如:一台3.2MW水轮发电机组, 在一次启动前检查绝缘电阻的的时候发现定子绝缘降低至1M, 转子绝缘电阻降低至100欧姆 (怕测量和仪表的问题, 用不同型号的绝缘电阻测试仪分三组人员分别测量) 。检修人员对其外部进行了详细的处理, 故障一直不能排除。后决定抽转子检查, 抽出转子之后复测绝缘电阻值都达到了运行要求, 无论怎么检查查找都没有异常再出现, 对定子线圈做直流耐压也合格。没办法, 只好再装回去。直到现在运行了两个月了, 一切都很正常。出现此类问题应当说较为常见!尤以南方为甚。一台正常运行的机组停下来几天甚至几小时, 绝缘就会急剧下降, 尤以运行时间较长的机组更为普遍!通常的解决办法为抽芯、除尘和加热等, 原因主要是空气太潮湿、内部灰尘太多所至。
6 结语
总之, 发电机绝缘监督是发电机运行维护中的重要因素。因此对发电机绝缘问题要引起足够的重视, 且采取正确的处理措施, 分析问题的原因所在, 及时解决问题, 以节约时间, 保证发电机的稳定, 消除隐患。
摘要：发电机有良好的绝缘电阻是安全运行的关键, 如果在绝缘电阻不良的状况下, 还继续运行是很危险的, 经常会在高电压冲击下, 导致绕组薄弱环节瞬间击穿短路。本文就发电机组定子绝缘问题进行分析。
关键词：发电机,绝缘电阻,线圈,措施
参考文献
[1]陈琨.MS6001型燃气轮发电机组发电机转子绝缘电阻低的分析及修复[J].发电设备, 2007, 4 (03) :93.[1]陈琨.MS6001型燃气轮发电机组发电机转子绝缘电阻低的分析及修复[J].发电设备, 2007, 4 (03) :93.
[2]徐建兵.4H5674/2型发电机定子线棒绝缘击穿的诊断及抢修[J].福建电力与电工, 2008, 13 (01) :74.[2]徐建兵.4H5674/2型发电机定子线棒绝缘击穿的诊断及抢修[J].福建电力与电工, 2008, 13 (01) :74.
定子直流电阻 篇4
1. 故障现象
茂名电厂4#机组1975年底投产 (表1) , 2008年12月, 按计划对4#机组进行大修后的交流耐压试验。①绝缘电阻测试 (表2) ;②直流耐压试验 (表3, R15、R60分别是15s和60s时测量绝缘数值, 吸收比=R60/R15) , 耐压前过压保护电压设定为28875V (1.1×2.5Us) , 直流耐压通过;③交流耐压试验 (表4) , 耐压前球隙电压设定为17 325V (1.1×1.5Us) , 试验中A1、B1、C1、A2和C2绕组分段加压, 施加15 400V的电压在1min发电机绝缘无异常, 均顺利通过。当B2绕组加压到15 400V (试验电压为额定电压1.5倍, 15 750V) 时, 调压器跳闸。
2. 故障处理
检查试验接线正确, 测B2绕组绝缘为4000/1000MΩ。试验人员怀疑是高压试验引线距离不够, 整理好试验接线, 重新加压至6000V, 调压器再次跳闸。检查发电机无异味, 用2500V绝缘电阻表测B2绕组绝缘很不稳定。改用5000V绝缘电阻测试仪测试, 绝缘为零。初步判断B2绕组在交流耐压试验时击穿。
由于在交流耐压试验中, 发电机绝缘已被进一步破坏, 估计残留绝缘电阻不高, 决定采用直流加压法查找故障点。该方法多用于电缆经50Ω以上残留绝缘电阻接地故障点的查找, 所用设备简单, 准确性较高, 在火电安装及电厂的生产和维护中应用较广。基本原理是利用直流耐压试验器对高压电容器C充电, 充到一定电压后, 将放电间隙击穿, 电容电压加到线棒的接地故障点上, 同时也将故障点处对地残留绝缘间隙击穿, 在该处产生火花放电, 引起电磁辐射和机械的音频振动, 人们可直接用耳或借助于金属听音棒进行监听。当故障点首先击穿时, 根据放电处的声音和火花判断具体故障槽, 声音最响处即为故障点位置。直流加压法与做直流耐压的方法和接线一致 (图1) , 利用在绝缘上加直流电压, 确定绝缘的耐压强度。
发电机定子绕组发生单相接地或相间短路故障时, 一般都会在绝缘材料上形成不同程度的炭化, 使绝缘电阻值明显降低 (数值一般从几十欧姆至几十千欧姆) 。因此, 使用直流加压法进行加压时, 从安全和试验方便两方面考虑, 应特别注意保护间隙和电容C的调整。通过调整放电间隙确定充电电压和充放电时间间隔这两个试验主要参数。间隙太大, 电容充电电压高, 充放电电流太大, 试验设备可能因容量不够而损坏, 还可能扩大故障范围;间隙太小, 充放电电流小、放电声音小, 也不利于检查人员监听 (容易和环境噪声混淆) 。通常用放电球隙进行交直流高压试验时的高压测量。根据放电间隙与交直流放电电压对照表, 调整两个球隙之间的放电距离, 从而得出放电电压。一般以在放电间隙上能清晰听到放电声和看到放电火花为准 (充放电时间间隔一般为5~10s) 。
高试班和电机班人员合作, 对4#发电机加到6k V直流电压反复试验, 试验时工作人员在发电机附近监听, 最终发现发电机定子第25槽套管引线固定支架处有明显打火现象。确认该处为故障点。联系厂家技术人员用绝缘材料对故障点进行补敷处理。
3. 预防措施
分析认为线棒制造质量欠佳, 股线固定不良。绕组在运行中因长期受电磁力和机械力的作用而产生振动, 松动、磨损绝缘, 造成发电机定子绕组短路、接地或绕组端部固定不紧, 使股线局部过热, 致使绝缘劣化乃至击穿, 烧坏线棒和铁芯。
(1) 严格执行机组运行规程, 避免超限值或长期过负荷运行。
(2) 把好检修质量关, 加强清抹吹扫机组各部, 避免死角积尘、积炭。
(3) 严格执行试验规程做好预防性试验, 使绝缘有足够裕度, 防范于未然。
4. 结束语
查找发电机定子绝缘故障, 应首先解开每相绕组出口连接, 按每个支路检查。使用绝缘电阻表、万用表等先确定是金属性还是绝缘性故障。大型发电机每个支路线棒数量都不多, 若问题出在线棒端部, 则较易发现故障点。若故障点在直线段 (铁芯槽) 内, 则很难发现。由于大型发电机绕组分支直流电阻很小, 即使是金属型接地, 采用直流电阻比较法也无法判断。目前检查这类故障缺少先进测试定位仪器, 传统方法是:①有些故障线棒虽已出现绝缘故障, 但仍然有较高阻值, 采用直流加压法可能难以查出, 可采用交流加压法, 加入较高电压使故障点绝缘电阻进一步降低, 再用直流加压法查找。②查找发电机定子接地故障时, 使用直流加压法, 可节省时间, 准确、方便、安全地确定故障点位置, 而且不会伤害发电机和工作人员。实践证明, 在电力系统很有必要推广使用直流加压法。此外还有加大电流的所谓电流烧穿法, 这对大型发电机来说并不可取 (局部电流可能对线槽局部铁芯造成损伤) , 一般很少采用这种方法。
摘要：茂名电厂4#机组大修后, 交流耐压试验中绝缘薄弱点击穿。分析定子绕组绝缘劣化原因, 给出查找故障点过程、直流加压法特点和处理故障的方法。
定子直流电阻 篇5
在传统直接转矩控制无速度传感器运行中, 定子电阻RS的变化对低速性能影响很大。RS的变化具有时变性、非线性、大惯性, 强耦合等特性, 且还受电机电流、运行时间、运行频率、和环境温度等多种因素影响。而且这些因素之间难以建立确定的精确数学模型[1]。因此, 在无速度传感器运行中, 必须对定子电阻进行处理, 处理方法有两种:一是, 在转速辨识模型中消除定子电阻变量;二是, 在转速辨识的同时对定子电阻进行在线辨识, 然后将辨识到的定子电阻应用到转速辨识中去。
1 定子电阻影响的分析[2]
1.1 定子电阻对磁链的影响
定子电阻的变化必引起定子电流的变化, 从而引起定子磁链实际值与估计值产生偏差, 严重影响了直接转矩系统在低速时的控制性能。
1.2 定子电阻对转矩的影响
定子电阻的变化引起定子磁链实际值与估计值存在偏差, 并影响转矩的计算与观测, 在低速下, 定子电阻的压降和电阻增量的压降不能被忽略, 定子磁链发生变化, 根据转矩与磁链的关系, 转矩也会受到影响。定子磁链的变化一方面将直接影响到电磁转矩的变化;另一方面, 由于采用积分计算观测误差也将累积, 影响磁链位置的确定, 影响电压矢量的选择, 使系统出现振荡。
1.3 仿真验证
为了验证定子电阻对直接转矩的影响, 文献[2]在给定定子电阻变化的前提下, 分别在高速和低速下进行仿真试验。
通过对比, 在同样的定子电阻变化条件下, 高速时, 系统不受定子电阻的影响, 转矩、转速稳定。而在低速时, 随着定子电阻的增大到一定程度时, 系统变得发散, 到了9秒时定子电流, 磁链都发生畸变, 继而导致系统失控, 不稳定。
2 将定子电阻从模型中消除
为了消除定子电阻的变化对转速辨识的影响, 学者们想出了一些在转速辨识模型中消除定子电阻的方法或无需定子电阻参数辨识电机转速的方法。前者有基于无功功率的模型参考自适应法;后者如神经网络法、卡尔曼滤波法、高频信号注入法等。
3 定子电阻的在线辨识[3]
定子电阻在线辨识的具体方法很多, 主要分为以下三类辨识方法:第一类包括利用测量值和一个合适的感应电动机稳定状态模型来直接计算定子电阻的方法。第二类包括通过自适应机构来在线辨识定子电阻的方法, 主要有基于观测器和基于模型参考自适应两种方案。第三类包括在定子电阻辫识过程中使用人工智能技术。如人工神经网络, 模糊逻辑控制以及神经模糊控制等方法。第一种方法要用到电动机的参数, 并且计算十分复杂;第三种方法建模很复杂并对模型准确度要求很高;第二类方法是目前应用最为广泛的方法。
4 全阶自适应状态观测器的转速和定子电阻辨识
文献[4]提出了一种改进的全阶状态观测器对转速和定子电阻同时观测方案。采用小信号线性化方法来分析稳定条件, 将两相静止坐标系中的观测器输出误差系统变换到转子磁场旋转坐标系中, 通过推导出单输入、单输出误差系统来得到满足观测器稳定性的误差反馈矩阵条件。采用了一种改进的定子电阻自适应率以提高观测器的鲁棒性。
5 基于交互式模型参考自适应的DTC系统
文献[5, 6, 7]在建立异步电机直接转矩控制动态数学模型的基础上, 提出了交互式模型参考自适应参数辨识方法, 通过参考模型和可调模型互换, 实现了带定子电阻参数辨识的转速观测。仿真和实验结果表明, 该方案不仅实现了转速的高精度辨识, 而且能较好的解决定子电阻变化对系统动态性能的影响, 改善了异步电机无速度传感器直接转矩控制低速转矩脉动。
由于参考模型和可调模型在转速和定子电阻辨识时作用是相互切换的, 因而称之为交互式MRAS定子电阻参数辨识。
6 定子电阻采用模糊神经网络进行辨识
由于模糊神经网络 (FNN) 兼有模糊逻辑的鲁棒性及神经网络的自学习性等优点, 它可利用神经网络的自组织自学习的特点, 对隶属函数及模糊规则进行优化学习。
文献[1]把对RS影响较大的定子电流iS, 频率f, 和运行时间t共三个因素作为网络输入变量, 以RS变化△RS作为网络输出, 隶属函数采用高斯函数。模糊规则被转化为神经网络的权值, 利用乘积推理, 通过神经网络的自学习能力来修正相关参数, 从而优化模糊控制效果。FNN模型采用3-18-6-1型式的4层结构。
第1层为输入层, 其节点输出等于网络输入。
第2层为隶属函数层, 隶属函数采用高斯函数来表示每个相应语言变量的项。
第3层为模糊规则层, 采用乘积推理, 节点数目等于模糊规则的数目。
第4层为反模糊化层, 采用重心法进行精确化。
7 基于小波神经网络的定子电阻在线辨识[8,9]
7.1 小波网络简介
小波网络是Zhang Qinghua首先提出的, 它是基于小波分析而构造的一类新型前馈网络, 也可以看做是以小波函数为基底的一种新型函数联接神经网络。小波网络在非线性函数逼近方面表现出了卓越的能力。
7.2 小波网络训练算法
网络的输出为定子电阻的变化量, 该变化量与定子电阻前一时刻的估计量相叠加产生当前时刻的定子电阻估计值。该估计值作用于整个系统, 返回电流的误差作用于网络。
采用反向传播算法对小波网络的权值进行在线训练。这时不再用小波网络的实际输出和期望输出的误差对小波网络进行训练, 而使用整个系统的输出与期望输出之间的偏差对小波网络进行训练。网络系数可以通过最小均方误差能量函数进行优化。
7.3 仿真验证
文献[8]应用小波网络对交流电机的定子电阻进行在线辨识, 从而可以准确地观测出定子磁链。解决了交流电机直接转矩控制时低速性能差的缺点。仿真实验证明了通过对定子电阻的在线辨识大大提高了系统的低速性能。通过小波网络与神经网络的对比实验证明小波网络的性能优于神经网络。
8 小结
本文分析了DTC无速度传感器运行时, 定子电阻的变化对低速性能的影响, 阐述了几种定子电阻辨识的方法。在辨识转速的同时对定子电阻进行跟踪与辨识。把辨识到的较真实的定子电阻值应用到速度辨识中, 从而得到较真实的转速值, 从而提高了电动机的低速性能。
参考文献
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[4]王高林, 陈伟, 于泳, 徐殿国.一种基于转速和定子电阻自适应电机全阶磁链观测器[J].微电机, 2009, 42 (3) :5-8.
[5]崔皆凡, 李林, 单宝钰.基于交互式模型参考自适应的模糊DTC系统[J].微电机, 2011, 7, 44 (7) :72-75.
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