北京交通大学郝亮亮、陈建林等核电多相无刷励磁系统中旋转整流器不同开路故障模式的特征分析及诊断

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对付核电站频仍产生的多相扭转整流器开路故障，现实现场不仅必要靠得住诊断，还必要对故障模式进行精确区分。北京交通年夜学郝亮亮先生课题组对多相扭转整流器中的一管开路、一相开路以及分歧地位的两相开路故障后励磁电流时域、频域及频谱散布特性进行了阐发，提出了一个二极管分歧模式故障的靠得住辨认办法。理论阐发和诊断办法均颠末了样机的试验验证。

研讨配景

如图1所示的多相环形无刷励磁机是今朝在运百万千瓦级核电站普遍采纳的励磁机型，其励磁绕组位于定子侧，电枢绕组位于转子侧，多相整流器与转子一路高速扭转。为了防止二极管过流销毁，励磁机每一相电枢绕组与整流器之间均设有熔断器。

因为二极管历久处于高温且高速扭转状况，现实运行中因为二极管毁坏或熔断器断劝导致的整流器故障时有产生。故障模式可以分为一管开路、一相开路、分歧地位的两相开路故障等。现实现场不仅要求可以或许辨认故障的产生，还必要区分二极管的故障类型。

图1 m相环形无刷励磁整流体系布局图

论文办理的问题及意义

本文提出了一个二极管分歧模式故障的靠得住辨认办法。应用所提出的办法，可有用辨认所有模式的二极管开路故障，并区分故障二极管的地位。实时精确的故障判别可以或许避免发电损失、装备损毁和掩护误跳闸的产生，减小故障造成的经济损失和进步核电站的经济效益。

论文办法

1 分歧故障模式下励磁电流时域特性的阐发

本文对扭转整流器一管开路、一相开路以及分歧地位的两相开路故障后励磁电流时域、频域及频谱散布特性进行了研讨。图2为分歧故障模式下励磁电流的时域波形，分歧地位二极管开路故障模式后励磁电流中畸变坑的数目及距离光阴分歧。由表1可知，一管开路故障后，励磁电流中呈现整数次谐波电流，一相开路故障后，励磁电流中仅呈现偶数次谐波电流。

图2 正常运行时的电枢电流波形

表1 扭转整流器故障下励磁电流谐波成果

图3为两相开路故障后励磁电流的傅里叶分化成果，故障后偶数次谐波电流增年夜，而且第1、3相开路故障后，故障励磁电流主要以2次与6次谐波电流为主，第1、5相开路故障后，励磁电流4次谐波电流为最年夜，第1、4相和第1、6相开路故障后，励磁电流中主要为2次及4次谐波电流，然则第1、4相开路故障时励磁电流中4次与6次谐波电流有用值均高于第1、6相开路故障，尤其是6次谐波电流。

图3 两相开路故障谐波及散布纪律

2 故障诊断办法

总体故障诊断流程如图4所示。本文提出的办法联合励磁电流时域、频域以及频谱散布三者特性，不仅能有用进步诊断的靠得住性，还能年夜年夜进步对分歧故障模式的区分度，从而实现应用单一电宇量实现对扭转整流器分歧故障模式的靠得住诊断及精确区分。

图4 故障诊断流程

试验验证

试验装配如图5所示。11相环形无刷励磁机由直流电念头拖动。图6为一相开路及两相开路故障试验励磁电流的nd计算值，可以看出，故障时代一相开路故障nd值稳固在2左右。图7为分歧两相开路故障的区分。

图5 试验装备

图6 整流器开路故障下的nd值

图7 两相开路故障的诊断

结论

本文分离从理论阐发、样机试验、仿真计算三个方面临二极管一管、一相及分歧地位二极管两相开路故障下励磁电流的频域、时域以及频谱散布特性进行了深刻研讨，提出了一种二极管故障的新型掩护办法。试验成果注解本文提出的掩护办法能靠得住辨认所有分歧模式二极管开路故障。

课题组先容

北京交通年夜学郝亮亮副传授课题组富有凝集力和年青活气，隶属于和敬涵传授为卖力人的电力体系掩护与节制团队。课题组现有博士研讨生4人，硕士研讨生9人， 主要从事直流输电体系的节制与掩护、发电侧节制与掩护的相关研讨。课题组的研讨切近工程现实，承担了多项中广核团体及国度电网公司项目，近五年卖力的科研项目经费达2000万元。

本事情结果颁发在2023年第18期《电工技术学报》，论文题目为“核电多相无刷励磁体系中扭转整流器分歧开路故障模式的特性阐发及诊断”。本课题获得中间高校根本科研营业费专项资金项目和中广核团体公司科技项目标支撑。

引用本文

郝亮亮, 陈建林, 段贤稳, 何力, 陈俊. 核电多相无刷励磁体系中扭转整流器分歧开路故障模式的特性阐发及诊断[J]. 电工技术学报, 2023, 38(18): 4932-4946. Hao Liangliang, Chen Jianlin, Duan Xianwen, He Li, Chen Jun. Analysis and Diagnosis of Different Open-Circuit Fault Modes of Rotating Rectifier in Multi-Phase Brushless Excitation System at Nuclear Power Plant. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(18): 4932-4946.

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