风力发电机为何会出现短路故障？基于漏磁检测的诊断技术是否有效？
1引言
风力发电机作为风力发电机组的“心脏”，其可靠性直接影响风力发电机组的可靠运行。
海洋环境运行环境复杂，盐雾、湿气和温差都对风力发电机运行的可靠性和稳定性有较大影响。
2风力发电机正常状态建模
在对故障的风力发电机进行研究之前，我们应该首先建立电机正常工况时的模型，本文以YSF315S-4M型双馈发电机为例。
建立RMxprt模型，然后将实际电机的基本参数导入，可以得到定转子绕组线圈数据。
建立模型，在默认状态下，软件会因为电机的对称性而只生成1/4模型以减小计算量，但是考虑到本仿真在设置故障后，本身电机不再对称，所以应生成电机的全模型。
则需要在菜单Rmxprt中勾选enable，并填写Fraction1即可，接下来应划分各个相中所包含的线圈，以定子为例，总共72槽，则每相有24槽。
又因为整个电机由4条并联支路组成，则每一支路占6个槽，分别占据12个不同槽的上层边和下层边，跨距为15个槽数。
接着生成2D模型，右为每一项所包含的线圈，整个电机2D模型从外到内分别为定子铁心、定子绕组、气隙、转子绕组、转子铁心和转轴。
正常状态下外电路模型，对模型中的不同区域赋予材料属性，并施加边界条件与激励载荷，对于定转子间的气隙，施加真空；定转子铁芯为型号硅钢片；线圈导体为铜。
正常状况的定子绕组与工频电网连接，定子接对称的三相交流电，定子绕组三角形连接，并充分考虑线圈的阻抗、端部漏感等因素。
在3条支路上都并以电压表，串以电流表，用以时时监控各支路电参量的变化，最后用2个首尾相接的电压源给3条支路供电，2个电压源幅值均为380V，相位相差120°，在三角连接的1个臂上接地。
3风力发电机短路故障状态建模
以定子线圈连接方式为例，假设故障发生在A1支路上的第3个槽，当发生短路时，等效的相当于第3个槽中导体数量减少。
将第3个槽拆分为2个部分3-1和3-2，分别称A1支路上的线圈为故障前部分线圈（1、2、3-1）、故障部分线圈（3-2）和故障后部分线圈（4、5、6）。
当正常时，开关S打开，A1支路与A2、A3、A4支路完全相同；当发生故障时，开关S按下，即将3-2部分短路，A1支路中的导体数减少。
设置短路故障，假定A相绕组的一部分发生匝间短路故障，在3槽和18槽设置故障其对应导体数应该相应减小，表示了相应导体的处理以及分割后的A相电路。
故障状态下外电路模型，模型中的不同区域赋予材料属性及边界条件与正常状态下相同。
激励源采用外电路供电，其中B和C两相与上述外电路完全相同，A相支路也被分为3个部分LPhaseA11、LPhaseA12和LPhaseA13，其中，LPhaseA12即为被短路部分。
除此之外，在外短路之外还设置了用于控制短路开始时刻开关，故障开始的时间为t=3.01s。
4风力发电机正常及故障漏磁分布仿真
根据上述建模可以得到发电机的磁力线分布，发电机内部和外部的磁力线，可以看出电机内外部磁力线分布基本一致。
根据的仿真结果，可以实现对风力发电机径向外部漏磁通的分析，当电机运行在正常工况下，电机径向的外部漏磁通不规律，当风力发电机在正常运行时，相位分布平衡，磁感应强度对称规律。
根据不同匝数匝间短路故障时外部漏磁通分布的变化可知，当电机发生匝间短路的时候，故障位置的短路线圈会出现局部的环流。
这会导致电机外部漏磁通的分布不再平衡，在故障位置的漏磁通信号明显增大，并且随着短路匝数的增多，外部漏磁通会逐渐增大。
因此，可以根据发电机径向的外部漏磁通分布来实现短路故障的定位，漏磁通信号的变化可以反映电流所不能反映的故障定位，这有利于我们尽快锁定故障的位置。
提取发电机故障位置的外部漏磁通信号幅值，随着短路匝数的增大，得到其变化趋势，根据变化趋势可以看出，随着短路故障匝数的增大，其外部的漏磁通信号逐渐增大。
5结论
使用ANSYS有限元分析软件建立了发电机正常及发生匝间短路故障时的模型，对其磁场分布状况进行了研究。
发现发电机正常时外部漏磁通呈轴对称分布，且磁感应强度较低；当发生匝间短路故障时，在故障点附近外部漏磁增加，并且随着匝间短路故障程度的增加电机故障点附近外部漏磁通信号变大。
参考文献
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