无刷励磁取消了碳刷和滑环,可靠性高,维护工作量小,成为了核电大容量机组的首选励磁方式。但是无刷励磁机的电枢绕组及旋转整流器一直处于高速旋转状态,旋转二极管很容易发生故障,对其进行保护和监视十分困难。本文的研究目标是利用运行中的电气量实现对无刷励磁机旋转整流系统故障的监测,以及时发现旋转整流器早期故障状态,从而避免长期故障运行而造成的严重事故。为突破以往无法准确计算故障时励磁机电气量的研究瓶颈,本文使用有限元算法来对无刷励磁机内部电磁场进行分析,并在Ansys/Maxwell仿真平台上建立无刷励磁机及旋转整流系统的场路耦合模型。该模型完全按照励磁机的实际结构和实际尺寸建立,可以对旋转整流器正常及故障运行状态进行仿真,得到各种运行状态下的电气量(如电压、电流、磁链等)。本文以红沿河39相无刷励磁机为研究对象,对其进行了仿真建模,并通过额定及实际运行的现场数据验证了模型的正确性。针对现场实际中无刷励磁机所处的“弱保护”的状态,本文提出了基于励磁机定子电流的旋转整流系统故障基本分析方法。结合仿真计算,对两种无刷励磁机旋转整流器故障特征进行了理论分析,定性地分析了在旋转整流桥正常及故障状态下的定子电流谐波特征。理论分析和仿真结果都表明,当旋转整流器一管开路故障时,定子电流中将感应出大量低次谐波,这些低次谐波含量与正常情况下存在明显差异。在此基础上,并通过定量的仿真分析得到基于励磁机定子电流的旋转整流系统故障监测方案及监测阈值。为了更直观地提取出励磁机的气隙磁场特征,本文在励磁机定子上装设了 d轴探测线圈及q轴探测线圈。对正常及故障运行情况下的探测线圈感应电势进行了仿真,并对仿真结果进行傅里叶分解,结果表明,探测线圈感应电势谐波特征和定子电流谐波特征相同,但是在故障情况下探测线圈感应电势谐波特征更加明显。在励磁机一管开路及一相开路情况下,探测线圈感应电势出现大量低次谐波。最后,基于探测线圈感应电势,提出了旋转整流器故障监测方案。两种监测方案为实际核电工程中对无刷励磁机旋转整流系统的保护和监测提供了有效的依据,可实现对无刷励磁机旋转整流系统一管开路及一相开路情况下的快速判断。