中性点侧小匝数相间短路下水轮发电机铁心动态电磁力摘要：针对定子绕组中性点侧小匝数相间短路易形成发电机的主保护死区的问题，为防止故障进一步扩大造成机组严重损坏，采用机电融合的故障诊断方法以实现对主保护死区下短路故障准确及时地检测势在必行。建立了可准确模拟短路位置的同步发电机内部故障场路耦合模型，计算了某电站300MW水轮发电机中性点侧小匝数相间短路时的故障电流和气隙磁场，并结合麦克斯韦应力法计算了齿部动态电磁力的分布情况，找到了定子齿部电磁力的集中位置，揭示了动态电磁力随时间的变化情况和空间的分布规律。该文为水轮发电机铁心结构的优化设计和多源故障信息融合的故障诊断方法提供理论依据。关键词：水轮发电机;相间短路;主保护死区;动态电磁力;麦克斯韦应力法DOI：10.15938/j.jhust.2021.06.010中图分类号：TM315文献标志码：A文章编号：1007-2683（2021）06-0073-08DynamicElectromagneticForceofStatorCoreforHydro-generatorsunderPhasetoPhaseShortCircuitwithTwoFaultPointsClosetotheNeutralPointXIAOShi-yong1，WANGYun-yang2，GEBao-jun1（1.NationalEngineeringResearchCenterofLargeElectricMachinesandHeatTransferTechnology，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin150080，China;2.No.703ResearchInstituteofCSIC，Harbin150001，China）Abstract：Aimingattheproblemthatthephasetophaseshort-circuitwithtwofaultpointsclosetotheneutralpointmaycausedeadregionofprotectionschemesoflargesynchronousgenerators，andinordertopreventthefurtherexpansionofthefaultfromcausingseriousdamagetogenerators，itisimperativetodetectshort-circuitfaultsunderthedeadzoneofmainprotectionschemeaccuratelyandtimelybymergingelectro-mechanicalinformation.Aexternalcircuit-coupledfiniteelementmodelofsynchronousgeneratorswhichcanaccuratelysimulatetheshort-circuitpositionisestablished.Thefaultcurrentandair-gapmagneticfieldofa300MWhydro-generatorinapowerstationarecalculatedwhenthephasetophaseshort-circuitwithtwofaultpointsareclosetotheneutralpointoccurs，andthedynamicelectromagneticforceofthestatortoothiscalculatedbytheMaxwellstressmethod.Thelocationofmaximumelectromagneticforceatstatortoothisfoundunderthefaultcondition.Thelocaldynamicelectromagneticforcechangingwithtimeandspacedistributionarerevealed.Thestudyinthispaperprovidesthebasisfortheoptimizationdesignofthestatorcoreandfaultsdiagnosismethodbymergingelectro-mechanicalinformation.Keywords：hydro-generators;phasetophaseshort-circuit;deadregionofmainprotection;dynamicelectromagneticforce;Maxwellstressmethod0引言@组短路故障是发电机常见的且破坏力严重的电气故障之一[1-2]，极大地威胁着同步发电机甚至电网的安全运行。国内外学者对发电机绕组短路问题的建模[3-6]、仿真分析和故障诊断与保护问题[7-8]进行了广泛地研究。为了保证发电机安全可靠地运行，大型水轮发电机定子侧配置了由电流互感器组成的主保护装置，以便及时地检测出发电机绕组内部短路故障。然而，主保护装置不可避免的存在一定的保护死区，那么，一旦故障发生而保护装置未进行可靠地动作，发电机带病运行必然导致故障扩大而带来无法估量的严重后果。因此，研究易形成保护死区的短路故障下发电机的电磁特性，揭示故障下铁心动态电磁力的变化规律和集中位置，进而以电磁力为载荷分析铁心振动信号的故障特征，实现将故障电磁特征信号与机械振动信号等多源信息有效融合的故障诊断技术的应用，有效改善保护死区下短路故障检测的准确性[9]，对提高发电机及电力系统的运行安全性和可靠性具有重要意义。