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  对于核电站频繁发生的多相旋转整流器开路故障，实际现场不仅需要可靠诊断，还需要对故障模式做准确区分。北京交通大学郝亮亮老师课题组对多相旋转整流器中的一管开路、一相开路以及不同位置的两相开路故障后励磁电流时域、频域及频谱分布特征进行了分析，提出了一个二极管不同模式故障的可靠识别方法。理论分析和诊断方法均经过了样机的实验验证。

  如图1所示的多相环形无刷励磁机是目前在运百万千瓦级核电站广泛采用的励磁机型，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起非常快速地旋转。为避免二极管过流烧毁，励磁机每一相电枢绕组与整流器之间均设有熔断器。

  由于二极管一直处在高温且非常快速地旋转状态，实际运行中由于二极管损坏或熔断器断开导致的整流器故障时有发生。故障模式可大致分为一管开路、一相开路、不同位置的两相开路故障等。实际现场不仅要求能够识别故障的发生，还需要区分二极管的故障类型。

  本文提出了一个二极管不同模式故障的可靠识别方法。利用所提出的方法，可有效识别所有模式的二极管开路故障，并区分故障二极管的位置。及时准确的故障判别可避开发电损失、设备损毁和保护误跳闸的发生，减小故障造成的经济损失和提高核电站的经济效益。

  本文对旋转整流器一管开路、一相开路以及不同位置的两相开路故障后励磁电流时域、频域及频谱分布特征进行了研究。图2为不同故障模式下励磁电流的时域波形，不同位置二极管开路故障模式后励磁电流中畸变坑的数量及间隔时间不同。由表1可知，一管开路故障后，励磁电流中出现整数次谐波电流，一相开路故障后，励磁电流中仅出现偶数次谐波电流。

  图3为两相开路故障后励磁电流的傅里叶分解结果，故障后偶数次谐波电流增大，并且第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次谐波电流为最大，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，但是第1、4相开路故障时励磁电流中4次与6次谐波电流有效值均高于第1、6相开路故障，尤其是6次谐波电流。

  总体故障诊断流程如图4所示。本文提出的方法结合励磁电流时域、频域以及频谱分布三者特征，不仅能有效提升诊断的可靠性，还能大幅度的提升对不同故障模式的区分度，以此来实现利用单一电气量实现对旋转整流器不同故障模式的可靠诊断及准确区分。

  实验装置如图5所示。11相环形无刷励磁机由直流电动机拖动。图6为一相开路及两相开路故障实验励磁电流的nd计算值，能够准确的看出，故障期间一相开路故障nd值稳定在2左右。图7为不同两相开路故障的区分。

  本文分别从理论分析、样机实验、仿真计算三个方面对二极管一管、一相及不同位置二极管两相开路故障下励磁电流的频域、时域以及频谱分布特征进行了深入研究，提出了一种二极管故障的新型保护方法。实验根据结果得出本文提出的保护方法能可靠识别所有不同模式二极管开路故障。

  北京交通大学郝亮亮副教授课题组富有凝聚力和年轻活力，隶属于和敬涵教授为负责人的电力系统保护与控制团队。课题组现有博士研究生4人，硕士研究生9人， 主要是做直流输电系统的控制与保护、发电侧控制与保护的相关研究。课题组的研究贴近工程实际，承担了多项中广核集团及国家电网公司项目，近五年负责的科研项目经费达2000万元。

  本工作成果发表在2023年第18期《电工技术学报》，论文标题为“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”。本课题得到中央高校基本科研业务费专项资金项目和中广核集团公司科技项目的支持。

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