DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2023.7(38).2.113-122

Моделювання перехідних процесів в синхронному генераторі при витковому замиканні обмотки статора

Н.Ю. Гарасьова, А.І. Котиш, В.П. Солдатенко, В.В. Зінзура

Об авторах

Н.Ю. Гарасьова, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, ORCID ID: 0000-0002-3609-4681

А.І. Котиш, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: akotysh@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-4938-5234

В.П.Солдатенко, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: kirovograd41@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-7781-9343

В.В. Зінзура, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: vasiliyzinzura@gmail.com, ORCID ID: 0000-0001-6357-064X

Анотація

Робота присвячена розробці математичної моделі синхронного генератора для дослідження режимів його роботи при несиметричному пошкодженні фаз обмотки статора, а саме витковому замиканні, застосування якої дасть змогу удосконалити системи релейного захисту від виткових замикань обмотки статора синхронного генератора. Показано, що для вирішення поставленої задачі дослідження доцільно використати диференціальні рівняння, що записані для осей фаз статора а, b та с. Запропоновано алгоритм розрахунку перехідних процесів в синхронному генераторі при виткових замиканнях обмотки статора, в основу якого покладено метод чисельного інтегрування Рунге-Кутта четвертого порядку. Отримані результати моделювання можуть бути використані при налаштуванні систем релейного захисту синхронних генераторів, а саме захистів від виткових замикань в обмотках статора без паралельних віток.

Ключові слова

синхронний генератор, виткове замикання, математична модель

Повний текст:

PDF

Посилання

1. Sasic, M., Stone, G. C., Stein, J., & Stinson, C. (2013). Detecting turn shorts in rotor windings: A new test using magnetic flux monitoring. IEEE Industry Applications Magazine, 19(2), 63-69. doi:10.1109/MIAS.2012.2215644 [in English].

2. Irhoumah, M., Pusca, R., Lefevre, E., Mercier, D., Romary, R., & Demian, C. (2018). Information fusion with belief functions for detection of interturn short-circuit faults in electrical machines using external flux sensors. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 65(3), 2642-2652. doi:10.1109/TIE.2017.2745408 [in English].

3. Irhoumah, M., Pusca, R., Lefèvre, E., Mercier, D., & Romary, R. (2021). Stray flux multi-sensor for stator fault detection in synchronous machines. Electronics (Switzerland), 10(18) doi:10.3390/electronics10182313 [in English].

4. Pusca, R., Romary, R., Touti, E., Livinti, P., Nuca, I., & Ceban, A. (2021). Procedure for detection of stator inter-turn short circuit in ac machines measuring the external magnetic field. Energies, 14(4), doi:10.3390/en14041132 [in English].

5. Ehya, H., Nysveen, A., & Nilssen, R. (2020). Pattern recognition of inter-turn short circuit fault in wound field synchronous generator via stray flux monitoring. Paper presented at the Proceedings - 2020 : International Conference on Electrical Machines, ICEM 2020, 2631-2636. doi:10.1109/ICEM49940.2020.9270986 [in English].

6. Irhoumah, M., Pusca, R., Lefevre, E., Mercier, D., & Romary, R. (2019). Detection of the stator winding inter-turn faults in asynchronous and synchronous machines through the correlation between harmonics of the voltage of two magnetic flux sensors. IEEE Transactions on Industry Applications, 55(3), 2682-2689. doi:10.1109/TIA.2019.2899560 [in English].

7. Elez, A., Car, S., & Tvorić, S. (2013). Air gap magnetic field - key parameter for synchronous and asynchronous machine fault detection. International Review of Electrical Engineering, 8(3), 981-988.

8. Afrandideh, S., Milasi, M. E., Haghjoo, F., & Cruz, S. M. A. (2020). Turn to turn fault detection, discrimination, and faulty region identification in the stator and rotor windings of synchronous machines based on the rotational magnetic field distortion. IEEE Transactions on Energy Conversion, 35(1), 292-301. doi:10.1109/TEC.2019.2951528 [in English].

9. Ibrahim, R. K., & Watson, S. (2016). Stator winding fault diagnosis in synchronous generators for wind turbine applications. Paper presented at the IET Conference Publications, 2016 (CP694) doi:10.1049/cp.2016.0550 Retrieved from www.scopus.com [in English].

10. Melkebeek, Jan A. (2018). Electrical Machines and Drives Fundamental s and Advanced Modelling. Springer, 734 p. Retrieved from: https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-72730-1 [in English].

Пристатейна бібліографія ГОСТ

  1. Sasic M., Stone G. C., Stein J., & Stinson C. Detecting turn shorts in rotor windings: A new test using magnetic flux monitoring. IEEE Industry Applications Magazine. 2013. 19(2). Рр. 63-69. doi:10.1109/MIAS.2012.2215644
  2. Irhoumah, M., Pusca, R., Lefevre, E., Mercier, D., Romary, R., & Demian, C. Information fusion with belief functions for detection of interturn short-circuit faults in electrical machines using external flux sensors. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2018. 65(3). 2642-2652. doi:10.1109/TIE.2017.2745408
  3. Irhoumah, M., Pusca, R., Lefèvre, E., Mercier, D., & Romary, R. Stray flux multi-sensor for stator fault detection in synchronous machines. Electronics (Switzerland). 2021. 10(18) doi:10.3390/electronics10182313
  4. Pusca, R., Romary, R., Touti, E., Livinti, P., Nuca, I., & Ceban, A. Procedure for detection of stator inter-turn short circuit in ac machines measuring the external magnetic field. Energies. 2021. 14(4). doi:10.3390/en14041132
  5. Ehya, H., Nysveen, A., & Nilssen, R. Pattern recognition of inter-turn short circuit fault in wound field synchronous generator via stray flux monitoring. Paper presented at the Proceedings - 2020: International Conference on Electrical Machines, ICEM 2020. 2631-2636. doi:10.1109/ICEM49940.2020.9270986
  6. Irhoumah, M., Pusca, R., Lefevre, E., Mercier, D., & Romary, R. Detection of the stator winding inter-turn faults in asynchronous and synchronous machines through the correlation between harmonics of the voltage of two magnetic flux sensors. IEEE Transactions on Industry Applications. 2019. 55(3). 2682-2689. doi:10.1109/TIA.2019.2899560
  7. Elez, A., Car, S., & Tvorić, S. Air gap magnetic field - key parameter for synchronous and asynchronous machine fault detection. International Review of Electrical Engineering. 2013. 8(3). 981-988.
  8. Afrandideh, S., Milasi, M. E., Haghjoo, F., & Cruz, S. M. A. Turn to turn fault detection, discrimination, and faulty region identification in the stator and rotor windings of synchronous machines based on the rotational magnetic field distortion. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2020. 35(1). 292-301. doi:10.1109/TEC.2019.2951528
  9. Ibrahim, R. K., & Watson, S. Stator winding fault diagnosis in synchronous generators for wind turbine applications. Paper presented at the IET Conference Publications, 2016 (CP694) doi:10.1049/cp.2016.0550.
  10. Melkebeek Jan A. Electrical Machines and Drives Fundamental s and Advanced Modelling [Electronic resource] / Jan A. Melkebeek. Springer, 2018. 734 p. URL: https://link.springer.com/book/10.1007/ 978-3-319-72730-1

Copyright (c) 2023 Н.Ю. Гарасьова, А.І. Котиш, В.П. Солдатенко, В.В. Зінзура