同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿真

励磁绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、振动加剧等.为实现故障在线监测与保护,需准确快速计算故障电流等电气量.应用交流电机的多回路理论,基于对故障时定、转子电流稳态特征的分析,得到各回路电流的稳态表达式;根据同频率量相等的原则,将稳态时的微分方程组转化为线性代数方程组,得到励磁绕组匝间短路故障的稳态数学模型;利用高斯消去法可直接求得所有回路电流中各种交、直流分量的稳态解,快速实现故障的稳态计算.对一台12 KW、3对极的隐极同步发电机进行了空载时励磁绕组匝间短路实验,稳态仿真结果与实验吻合较好.该方法可比暂态仿真减少90%的计算时间,为同步发电机励磁绕组匝间短路故障的监测与保护奠定了基础.     

向家坝和溪洛渡水电站发电机主保护设计总结

溪洛渡和向家坝水电站共安装了26台770～800MW的巨型水轮发电机组(包括5种不同机型,绕组形式和分支数均有所不同)。经发电机主保护定量化及优化设计过程,发现5种发电机虽中性点侧引出方式、保护方案的配置及保护性能相差悬殊,但其主保护设计过程实质上都是将一台偶数或奇数多分支的水轮发电机简化为一台每相2分支或3分支的发电机,分支的合理分组取决于发电机的故障特点和每相分支数;发电机主保护配置方案的性能则决定于所选择的定子绕组形式,应在绕组选型时兼顾发电机设计和继电保护的要求。     

龙滩发电机主保护配置方案

大型发电机内部故障主保护配置方案需要通过定量化设计来确定。对于多分支的水轮发电机，可以采用多种中性点引出方式，相应主保护的构成方式和组合方案数目巨大，很难通过“穷举法”获得最优的配置方案。文中通过分析龙滩发电机绕组结构和内部故障的特点，发现适当地选择中性点引出方式可以减小保护死区，从而大大减小了设计工作量。在此基础上，对龙滩发电机进行了主保护配置方案的定量化设计，最终提出了保护范围大、双重化程度高、工程上也易于实现的配置方案。     

偶数多分支发电机的主保护优化设计

通过分析多分支发电机的2种典型内部故障对不同主保护的灵敏性，从减少相对保护死区的目的出发提出了选择支路分组方式的2条一般性原则。按照这2条原则，在构皮滩、龙滩和紫坪埔发电机的主保护设计中，不需具体计算保护方案的灵敏度就可从众多选择中直接确定最优的支路分组方式，再由优化设计可得到保护动作率最大的最优配置方案，大大节省了设计工作量。分析结果表明，在偶数多分支发电机的主保护配置中，一般应优先考虑分成2个支路组。     

大型调相机内部故障特征及纵向零序电压保护性能分析

大型调相机(容量为300 Mvar)实际运行中存在定子绕组匝间短路的可能,不装设匝间短路保护或匝间短路保护性能不完善将是调相机安全运行的严重隐患。文中运用"多回路分析法",对两种冷却方式大型调相机所有实际可能发生的内部故障进行了仿真分析,分析结果表明大型调相机现有主保护配置方案(完全纵差保护+纵向零序电压保护)存在较大的保护死区。进一步分析了纵向零序电压保护不能动作的故障类型,为大型调相机主保护性能的改善提供借鉴。     

交流励磁发电电动机内部故障分析及主保护设计新进展

国内抽水蓄能电站的建设已进入高潮,已在国外广泛应用的转速可调的交流励磁发电电动机也备受关注.丰宁抽水蓄能二期工程准备投产两台300MW可调速交流励磁发电电动机,本文对此机组定子绕组/转子绕组内部故障分析计算的方法以及主保护设计的特点进行归纳总结,为后续变速机组的设计提供了借鉴:交流励磁发电电动机多回路数学模型是交流电机多回路理论的拓展,其正确性已得到实验样机的验证;基于常规水电机组和定速发电电动机主保护设计经验,通过典型故障特征分析来简化丰宁抽水蓄能二期变速机组定子绕组主保护设计;交流励磁发电电动机转子绕组内部短路时产生的分数次谐波磁场会在定子绕组同相分支间产生环流,为变速机组故障率高的转子绕组主保护设计提供了新思路.     

变压器和应涌流的理论探讨

在线性化简化的基础上，建立了两台单相变压器并联和级联运行模型，推导了当一台变压器正常运行，另外一台并联或级联变压器空投充电时，两台变压器的磁链解析表达形式，定性分析了正在运行的变压器可能发生饱和现象以及和应涌流产生及影响的机理。同时，在利用分段线性特性考虑磁化特性的情况下，通过数值仿真进一步分析了空投充电变压器的剩磁与合闸角、系统阻抗参数对运行变压器和应涌流幅值及饱和速度的影响，仿真结果验证了分析结论，为和应涌流导致变压器差动保护误动的分析以及认识和应涌流的本质奠定了基础。     

凸极同步发电机定子内部故障的暂态规律探讨

为了准确评价和在实际中选用适当的保护方案，需要揭示凸极同步发电机定子绕组内部故障的瞬态运行特征及瞬态过程中各个故障量的变化规律。文中通过真机实验，验证了以多回路理论为依据编制的凸极同步发电机定子绕组内部故障仿真程序的正确性。依据该仿真程序的计算结果，对空载下发生绕组匝间内部故障时的电流瞬态量和稳态量的变化规律进行了探讨，说明绕组的空间分布、连接方式、发生故障的空间位置以及不同的故障瞬间对故障量都有影响，因此要综合考虑这些因素的作用。     

发电机内部故障分析软件的理论基础--多回路分析法

阐述了交流电机的多回路分析法，奠定了发电机内部短路保护计算的理论基础。多台各种类型同步发电机内部故障的仿真及其与试验的对比证明了多回路数学模型和方法的正确。多回路分析法已成功应用于国内10多个电站发电机定子绕组内部故障计算和保护方案设计。以多回路法为理论基础开发的发电机故障分析软件也已面世。     

基于测量阻抗变化的并联电抗器小匝间短路保护

通过分析并联电抗器发生匝间短路后的等效电路，提出了基于测量阻抗变化的电抗器小匝间短路保护方法。此方法根据匝间短路后电抗器测量阻抗降低，辅以电压变化开放判据区分区外故障，能够正确、快速检测正常运行小匝间短路故障以及带匝间故障投入运行的电抗器，并在投入电抗器、区外故障、系统振荡时可靠性高。分析表明，此方法定值整定简单、含义明确，抗电流互感器断线和饱和能力强。动模试验验证了保护方法的正确性与可行性。