定子双绕组异步风力发电机组并网运行控制机理研究

基于电力电子装置接口的分布式电源相对于常规同步发电机惯性很小，且无法体现频率电压的调节功能，大量并入电网会引发稳定性问题，接入微网亦会降低微网惯性，使得系统无法瞬间建立能量平衡，增大电压频率波动，降低微网稳定性。项目提出在定子双绕组异步风电系统中首次采用电压源型虚拟同步发电机技术实现并网运行，将整个机组模拟成同步发电机，增加系统惯性，体现调频调压控制特性，促进电网和微网稳定。利用机组整体运行控制策略提高输出频率和电压的稳定性，实现柔性并网和最大风能跟踪；综合设计锁相环、电流限制器和电网检测环节，借助机组协调控制实现电网故障下运行；采取改进型无功补偿检测方法实现孤岛运行；针对微网运行，通过机组自身惯性和直流侧电容储能，调节机组输出有功，主动参与微网频率调节；根据微网电压变化由并网逆变器调节输出无功，支撑微网电压。本项目的成功开展将为定子双绕组异步风电系统的并网运行奠定理论和应用基础。 2100433B

基于电力电子装置接口的分布式电源相对于常规同步发电机惯性很小，且无法体现频率电压的调节功能，大量并入电网会引发稳定性问题，接入微网亦会降低微网惯性，使得系统无法瞬间建立能量平衡，增大电压频率波动，降低微网稳定性。项目提出在定子双绕组异步风电系统中首次采用电压源型虚拟同步发电机技术实现并网运行，将整个机组模拟成同步发电机，增加系统惯性，体现调频调压控制特性，促进电网和微网稳定。利用机组整体运行控制策略提高输出频率和电压的稳定性，实现柔性并网和最大风能跟踪；综合设计锁相环、电流限制器和电网检测环节，借助机组协调控制实现电网故障下运行；采取改进型无功补偿检测方法实现孤岛运行；针对微网运行，通过机组自身惯性和直流侧电容储能，调节机组输出有功，主动参与微网频率调节；根据微网电压变化由并网逆变器调节输出无功，支撑微网电压。本项目的成功开展将为定子双绕组异步风电系统的并网运行奠定理论和应用基础。

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当电动机定子绕组中有一相发生断路，电动机星形接法时，通电后发出较强的“嗡嗡”声，启动困难，甚至不能启动，断路相电流为零。当电动机带一定负载运行时，若突然发生一相断路，电动机可能还会继续运转，但其他两相电流将增大许多，并发出较强的“嗡嗡”声。对三角形接法的电动机，虽能自行启动，但三相电流极不平衡，其中一相电流比另外两相约大70%，且转速低于额定值[5]。

定尺绕组定子绕组断路的原因

定子绕组断路的原因一般包括：(1)绕组端部伸在铁心外面，导线易被碰断，或由于接线头焊接不良，长期运行后脱焊，以致造成绕组断路；(2)导线质量低劣，导线截面有局部缩小处，原设计或修理时导线截面积选择偏小，以及嵌线时刮削或弯折致伤导线，运行中通过电流时局部发热产生高温而烧断；(3)接头脱焊或虚焊，多根并绕或多支路并联绕组断股未及时发现，经一段时间运行后发展为一相断路，或受机械力影响断裂及机械碰撞使线圈断路；(4)绕组内部短路或接地故障，没有发现，长期过热而烧断导线等。

定尺绕组定子绕组断路故障的检查方法

(1)观察法：仔细观察绕组端部是否有碰断现象，找出碰断处。

由于跑单相运行而烧毁的电机，其绕组特征很明显，拆开电机端盖，看到电机绕组端部的1/3或2/3的极相组烧黑或变为深棕色，而其中的一相或两相绕组完好或微变色，则说明是跑单相运行造成的。

(2)万用表法：将电动机出线盒内的连接片取下，用万用表或兆欧表测各相绕组的电阻，当电阻大到几乎等于绕组的绝缘电阻时，表明该相绕组存在断路故障[5]。

(3)电阻法：用直流电桥测量三相绕组的直流电阻，如三相直流电阻阻值相差大于2%时，电阻较大的一相即为断路相。对于每相绕组均有两个引出线引出机座的电动机，可先用万用表找出各相绕组的首末端，然后用直流电桥分别测量各相绕组的电阻Ru、Rv和Rw，最后再进行比较。

定尺绕组定子绕组断路故障的检修

(1)当绕组导线接头焊接不良时，应先拆下导线接头处包扎的绝缘，断开接头，仔细清理，除去接头上的油污、焊渣及其他杂物。如果原来是锡焊焊接的，则先进行搪锡，再用烙铁重新焊接牢固并包扎绝缘，若采用电弧焊焊接，则既不会损坏绝缘，接头也比较牢靠。

(2)引线断路时应更换同规格的引线，若引线长度较长，可缩短引线，重新焊接接头。

(3)槽内线圈断线的处理。出现该故障现象时，应先将绕组加热，翻起断路的线圈，然后用合适的导线接好焊牢，爆炸绝缘后再嵌回原线槽，封好槽口并刷上绝缘漆，另外，也可以调换新线圈。有时遇到电动机急需使用，一时来不及修理，也可以采取跳接法，直接短接断路的线圈，但此时应降低负载运行，如果绕组断路严重，则必须拆除绕组重绕。

(4)当绕组端部断路时，可采用电吹风机对断线处加热，软化后把断头端挑起来，刮掉断头端的绝缘层，随后将两个线端插人玻璃丝漆套管内，并顶接在套管的中间位置进行焊接，焊好后包扎相应等级的绝缘，然后再涂上绝缘漆晾干，修理时还应注意检查邻近的导线，如有损伤也要进行接线或绝缘处理 。2100433B

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三相异步电动机的绝缘电阻较低，虽经加热烘干处理，绝缘电阻仍很低，经检测发现定子绕组已与定子铁心短接，即绕组接地，绕组接地后会使电动机的机壳带电，绕组过热，从而导致短路，造成电动机不能正常工作。

定尺绕组定子绕组接地的原因

定子绕组的接地一般由以下几个情况[3]：

(1).绕组受潮，长期备用的电动机，经常由于受潮而使绝缘电阻值降低，甚至失去绝缘作用；

(2).绝缘老化，电动机长期过载运行，导致绕组及引线的绝缘热老化，降低或丧失绝缘强度而引起电击穿，导致绕组接地；

(3).绕组制造工艺不良，以致绕组绝缘性能下降；

(4).铁心硅钢片凸出，或有尖刺等损坏了绕组绝缘。或定子铁心与转子相擦，使铁心过热，烧毁槽楔或槽绝缘；

(5).绕组端部过长，与端盖相碰；

(6).引线绝缘损坏，与机壳相碰；

(7).电动机受雷击或电力系统过电压而使绕组绝缘击穿损坏等；

(8).槽内或线圈上附有铁磁物质，在交变磁通作用下产生振动，将绝缘磨穿，若铁磁物质较大，则易产生涡流，引起绝缘的局部热损坏等。

定尺绕组定子绕组接地故障的检查方法

(1)观察法：绕组接地故障经常发生在绕组端部或铁心槽口部分，而且绝缘常有破裂和烧焦发黑的痕迹。因而当电动机拆开后，可先在这些地方寻找接地处，如果引出线和这些地方没有接地的迹象，则接地点可能在槽里。

(2)兆欧表检查法：用兆欧表检查时，应根据被测电动机的额定电压来选择兆欧表的等级。500V以下的低压电动机，选用500V的兆欧表；3kV的电动机采用1000V的兆欧表；6kV以上的电动机应选用2500V的兆欧表。测量时，兆欧表的一端接电动机绕组，另一端接电动机机壳。按120r/min的速度摇动摇柄，若指针指向零，表示绕组接地；若指针摇摆不定，说明绝缘已被击穿；如果绝缘电阻在0.5MΩ以上，则说明电动机绝缘正常。

(3)万用表检查法：检测时，先将三相绕组之间的连接线拆开，使各相绕组互不接通。然后将万用表的量程旋到R×10kΩ挡位上，将一只表笔碰触在机壳上，另一只表笔分别碰触三相绕组的接线端。若测得的电阻较大，则表明没有接地故障；若测得的电阻很小或为零，则表明该相绕组有接地故障[4]。

(4)校验灯检查法：将绕组的各相接头拆开，用一只40-100w的灯泡串接于220V相线与绕组之间，如图所示，一端接机壳，另一端依次接三相绕组的接头，若校验灯亮，表示绕组接地；若校验灯微亮，说明绕组绝缘性能变差或漏电。

定尺绕组定子绕组接地故障的检修

(1)接地点在槽口当接地点在端部槽口附近且又没有严重损伤时，则可按下述步骤进行修理：a.在接地的绕组中，通人低压电流加热，在绝缘软化后打出槽楔；b.用划线板把槽口的接地点撬开，使导线与铁心之间产生间隙，再将与电动机绝缘等级相同的绝缘材料剪成适当的尺寸，插人接地点的导线与铁心之间，再用小木锤将其轻轻打人；c.在接地位置垫放绝缘以后，再将绝缘纸对折起来，最后打人槽楔[2]。

(2)槽内线圈上层边接地可按下述步骤检修：a.在接地的线圈中通人低压电流加热，待绝缘软化后，再打出槽楔；b.用划线板将槽机绝缘分开，在接地的一侧，按线圈排列的顺序，从槽内翻出一半线圈；c.使用与电动机绝缘等级相同的绝缘材料，垫放在槽内接地的位置；d.按线圈排列顺序，把翻出槽外的线圈再嵌人槽内；e.滴人绝缘漆，并通人低压电流加热、烘干；f.将槽绝缘对折起来，放上对折的绝缘纸，再打人槽楔。

(3)槽内线圈下层边接地可按下述步骤检修：a.在线圈内通人低压电流加热。待绝缘软化后，即撬动接地点，使导线与铁心之间产生间隙，然后清理接地点，并垫进绝缘；b.用校验灯或兆欧表等检查故障是否消除。如果接地故障已消除，则按线圈排列顺序将下层边的线圈整理好，再垫放层间绝缘，然后嵌进上层线圈；c.滴人绝缘漆，并通人低压电流加热、烘干；d.将槽绝缘对折起来，放上对折的绝缘纸，再打人槽楔[5]。

(4)绕组端部接地可按下述步骤检修；a.先把损坏的绝缘刮掉并清理干净；b.将电动机定子放人烘房进行加热，使其绝缘软化；c.用硬木做成的打板对绕组端部进行整形处理。整形时，用力要适当，以免损坏绕组的绝缘；d.对于损坏的绕组绝缘，应重新包扎同等级的绝缘材料，并涂刷绝缘漆，然后进行烘干处理。

图3为凸轮转子型双定子泵的结构简图，其为双定子泵的一种，它的原理是在一个壳体内设置一个转子2对应一个内定子3以及一个外定子1，从而实现一体多泵的目的，即：内泵由内定子3、凸轮转子2、内泵叶片4和两侧端板组成；外泵由外定子1、凸轮转子2、外泵叶片5和两侧端板组成。

图3中内、外泵都有两个吸油口和两个压油口，故该泵为双作用泵。这些油口既可单独输出又可组合输出，这样就在一个壳体内形成了两个内泵和两个外泵。由于存在相似结构，故内、外泵的排量成一定比例，通过改变连接方式就可达到适应不同工况要求的目的。双定子泵种类繁多，除凸轮转子型双定子泵外，还包括滚柱型双定子泵、滑块型双定子泵等类型，根据作用数的不同可分为单作用、双作用和多作用。