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巨型水轮发电机故障暂态仿真及发变组保护研究

杨经超  
【摘要】:随着三峡左岸发电机的并网发电和一批大型或特大型水电站的开工建设,水轮发电机组单机容量已朝着越来越大的趋势发展,三峡、龙滩、小湾电站单机容量为700兆瓦,拟建的溪洛渡电站也是700兆瓦,而向家坝电站设计的单机容量更是达到750兆瓦,这种超大容量的发电机是大型或特大型水电站关键设备,它的安全性对整个电站乃至系统的安全稳定起着重要作用。为此,对这类巨型发电机进行内部故障暂态仿真以及继电保护新技术研究是一个国内外关注的重要课题。 数字仿真是电力系统研究中的重要手段,目前系统故障的仿真研究成果已颇引人注目,与此相反,元件方面,如发电机不正常运行和故障状态的数字仿真研究则显得较为薄弱。相对于主网保护而言,发变组保护的正确动作率并不高。论文在研阅国内外大量文献的基础上,系统地介绍了国内外发电机内部故障数字仿真的发变组保护的发展历史和研究现状,阐述了开展这些研究工作的必要性和这些研究目前亟需解决的问题。 论文依据巨型发电机结构特点,建立了完全基于发电机绕组连接和物理结构的内部故障暂态仿真数学模型,同时为了满足实际工程大批量仿真和保护校核的需要,建立了基于双D双Q阻尼绕组的发电机暂态仿真模型,在仿真模型研究的基础上开发了“发电机定子绕组内部短路暂态仿真分析计算程序”。 论文对三峡左岸Alstom和VGS机组可能存在的故障形式进行了分析,并利用开发的“发电机定子绕组内部短路暂态仿真分析计算程序”对其故障暂态过程进行了仿真计算,对多分支发电机内部短路故障的规律进行了研究,在此基础上,对目前采用的ABB和Siemens的发电机主保护的灵敏度进行了分析研究。 大型水轮发电机中性点多采用经配电变压器高阻接地或消弧线圈接地方式,基于三次谐波和基波的发电机定子单相接地仿真,不能完全反映多分支发电机定子单相接地故障的实际情况,本论文建立了考虑气隙磁场分数次谐波和高次谐波的发电机定子接地暂态仿真模型,能实现发电机从正常到定子接地的全过程暂态仿真,同时论文对ABB的发电机注入式定子接地保护进行了分析研究。 发电机转子励磁绕组的匝间短路的检测,一直都是非常困难的问题,但转子两点 WP=5 不接地匝间故障在实际运行中出现的机率也是很大的,且短路后的故障特征不明显,很多励磁绕组匝间故障都被人们所忽视了,转子发生两点接地后的电气特征与匝间短路相同。目前对多分支发电机转子匝间短路和两点接地数学模型的研究还比较少,论文在这方面进行了研究,建立了考虑气隙磁场谐波作用的发电机转子匝间短路或两点接地数学模型,开发了相应的仿真程序,在仿真研究的基础上,提出了基于小波变换和模极大值的发电机励磁绕组匝间短路和两点接地故障保护的新方案。 采样值差动保护由于其抗干扰和CT饱和能力强的特点而日益受到重视同,并已在母线保护,短输电线保护和变压器差动保护中投入实际工程应用。论文对采样值差动保护的动作特性、采样值差动的动作模糊区进行了深入的理论研究。 论文阐述了多判据综合的变压器差动保护思想,介绍了葛洲坝大江电厂变压器差动保护装置的开发和工程应用,论文还对基于有源式的光电电流互感器的发变组差动保护进行了动模试验研究,结合三峡工程的建设和三峡机组的投入运行,论文对目前三峡左岸电站中发变组保护配置和原理方面存在的问题进行了分析,提出了改进意见。 论文最后对上述研究成果进行了总结,提出了进一步的研究方向。


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