|发电机定子匝间短路对绕组电磁力有何影响？
华北电力大学能源动力与机械工程学院的研究人员何玉灵、张文、张钰阳、徐明星、王晓龙 ， 在2020年第13期《电工技术学报》上撰文 ， 分析了同步发电机定子匝间短路故障前后电枢绕组的电磁力特性 。 研究结果表明：正常情况下基波磁通密度产生的定子绕组电磁力只包含直流分量及二倍频成分；定子匝间短路故障下 ， 定子绕组电磁力包含直流、二倍频、四倍频、六倍频成分；随着短路程度的加剧 ， 绕组电磁力的直流量及二、四、六倍频成分幅值将随着增大 。
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定子绕组匝间短路（Stator Interturn Short Circuit, SISC）是一种常见的电气故障 ， 进一步发展可导致相间短路或接地故障 。 鉴于此类故障危害的严重性和修复的不便性 ， 诸多学者和运行人员投入了大量精力对其进行研究 。
早在1952年 ， A. W. W. Cameron采用绕组阻抗估测的无损测试方法对水轮发电机匝间短路和股间短路进行了识别与诊断 。 此后针对发电机故障的电参数特征 ， 如定子电压、电流、绕组阻抗等被广泛研究 。
R. Roshanfekr考虑定、转子绕组中的空间谐波 ， 转子和定子短路的差异及故障电流振幅的短路和负载水平 ， 提出一种完全磁等效电路模型 。 Monia Ben Khader Bouzid等基于监测三相线电流和相电压的变化 ， 提出了一种自动检测和定位感应电机定子匝间短路故障的神经网络方法 。
赵洪森等在对同步发电机定子绕组匝间短路故障负序电流分量的产生机理进行分析的基础上 ， 提出了以负序电流作为故障特征量来对同步发电机定子内部短路故障进行监测和诊断的方法 。 孙宇光等通过在发电机气隙中装设一种新型探测线圈 ， 根据新型探测线圈端口电压分析发电机的定、转子绕组内部故障 。 万书亭等分析了定子匝间短路下定、转子的径向振动特性 。 戈宝军等分析了定子匝间短路下转子动态电磁力、定子并联支路环流特性和电磁转矩特性 。
值得注意的是 ， 虽然现有研究对定子匝间短路的监测取得了有效的成果 ， 但对此类故障下绕组本身的力学受载变化以及故障载荷激励下绕组绝缘的磨损退化规律却鲜有报道 。 现有对于绕组受载及其振动响应的研究多集中于发电机正常运行工况 。
例如 ， 西安交通大学仲继泽团队的研究发现 ， 当定子铁心或端部绕组有某阶固有频率接近100Hz ， 且主振型的周向行波数等于发电机的极数时 ， 端部绕组的振动将超标 ， 导致绝缘破坏 。
为获取端部绕组的确切模态使其固有频率避开100Hz附近 ， 陈伟梁等提出了一种基于多重循环结构摄动求解的模态分析识别方法 。
刘明丹、万书亭等的研究成果表明 ， 在机组设计合理、定子铁心与端部绕组不存在100Hz附近固有频率情况下 ， 绕组本身也将受到径向、切向和轴向的交变电磁力作用而产生振动 ， 在空间分布上 ， 同一时刻定子不同周向位置的端部绕组所承受的电磁力方向有所不同 ， 呈正负交替分布规律 ， 且最大电磁力出现的位置呈规律性变化 ， 径向电磁力总体上大于切向电磁力 ， 但最大值出现在切向电磁力上 。 由于交变电磁力与磁通密度及电流的乘积成正比 ， 而磁通密度与电枢电流在正常情况下以基波为主 ， 因此其电磁力激励及振动响应频率以二倍频（100Hz）为主 。
此外 ， 最新研究还表明 ， 对汽轮发电机端部绕组进行有限元建模分析和力学计算时 ， 计及捆绑部件的影响 ， 将比传统简化约束分析方法提高约5%的精度 。 对于端部绕组振动的监测 ， 目前较多采用均匀分布式光纤传感器或光纤加速度传感器 ， 以监测径向振动为主 。
而分析定子匝间短路故障下绕组电磁力变化规律 ， 有助于摸索发现故障载荷激励下绕组绝缘的磨损退化的危险位置点 ， 从而有针对性地对这些危险位置作特殊工艺处理、改进绕组的制造安装工艺 。
