南京南瑞继保电气公司等单位董熙、江楠等：换流阀冷却系统异步电动机高阻故障识别与定位_电能革新的专栏文章_微信文章

异步电动机是阀冷系统中主循环泵的重要部件之一，提高其故障识别水平、迅速定位故障位置对于阀冷系统具有重要意义。南京南瑞继保电气有限公司、国家电网有限公司直流技术中心的董熙、江楠、张国华、高晟辅、刘东川，在2024年第11期《电气技术》上撰文采用对称向量法，提出基于电流不平衡度的定子高阻故障在线检测方法，并分析定子星接及角接条件下用于确定故障相别及故障严重程度的指标参数；通过合理设置电压监测位置，可以进一步缩小故障排查范围。最后，通过仿真测试和案例分析验证了所提方法的有效性。

在直流输电过程中，换流阀晶闸管因热损耗导致运行温度上升，为保证换流阀功率器件的有效散热，需要配置换流阀冷却系统。其中，主循环泵作为整个阀冷却系统的主要动力设备，一旦其内部电动机发生故障，轻则损坏机体本身，降低系统冗余度，重则导致整个直流输电系统跳闸。因此，对主泵电动机进行检测与诊断，保障其安全运行对于电力系统的稳定运行十分重要。

换流阀冷却系统主循环泵通常为交流异步电动机，其转子和基频旋转磁场并不是保持同步速旋转，而是存在转差率。在日常运行过程中，定子高阻故障是异步电动机的常见故障，此类故障可能发生在电源和电动机中间设备连接处的任意位置。

由于工艺不良、线路老化、连接松动及接触点异常等原因，连接处电阻逐渐增加，进而发展成为高阻电气连接故障。定子高阻故障具有渐进特征，在故障发生的初始阶段不会造成电动机严重故障，不需要立即停止运行，因而可以在故障初期进行预警，提醒运维人员合理计划、组织维修检查，从而避免停机跳闸，减少故障带来的损失。

现有文献开展的异步电动机定子故障研究大多针对绕组匝间及相间短路的分析及检测，较少涉及异步电动机定子高阻故障，且所提检测方法大多不适用于定子高阻故障的检测。对于高阻连接故障的检测，传统方法包括离线电阻不平衡测试、目测、电压降测量和红外热像仪检测。然而，上述传统方法存在检测设备昂贵、测量结果不准确、需要离线检测影响电动机运行等问题。近年来，国内外学者对定子高阻故障进行了研究。

COLBY R. S.提出利用神经网络结合对称分量法来完成对定子高阻故障的检测，研究结果表明该方法能够有效检测高阻连接故障，但训练神经网络的计算量非常大，实际工程中难以提供所需样本数量。DE LA BARRERA P. M.等提出一种基于直流信号注入的无电压传感器定子高阻故障在线诊断方法，该方法降低了检测成本，但对定子高阻故障的发生位置及故障严重程度并未进行讨论。YUN J.等利用负序电流及零序电压的幅值和相位，判断定子高阻故障位置及严重程度，但仅讨论了单相定子星型连接的异步电动机，未对定子角接及连接点（多相）故障情况展开分析。

本文采用对称向量法，提出基于电流不平衡度的定子高阻故障在线检测方法，并根据定子绕组的接线方式，分别分析定子绕组星接及角接条件下确定故障相别及故障严重程度的指标参数；针对故障易发生于连接点的特性，推导定子绕组角接条件下，两相连接点处发生高阻故障，电流不平衡度的大小与电阻比例系数k的关系；通过合理设置电压监测点位置，结合监测点是否存在负序电压，进一步缩小故障排查范围；最后，通过案例分析验证所提方法的有效性。

1 阀冷系统及主循环泵控制

1.1 阀冷系统结构

阀冷系统结构示意图如图1所示。在主泵作用下，冷却介质源源不断地流经换流阀，介质温度上升，将换流阀产生的热量带出，与外冷设备（空冷器、冷却塔或其组合）进行热量交换，使冷却介质温度降低至合理范围后再次流入换流阀，形成冷却介质的闭式循环。循环管路系统主要配置主泵止回阀、主泵出口蝶阀、三通阀、主过滤器等设备，测点配置主要有主泵温度、主泵电压电流、进阀压力、主循环流量、主泵入口压力、主泵出口压力等。