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《华北电力大学(北京)》 2003年
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同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及其应用的研究

肖仕武  
【摘要】:随着电力工业的不断发展,发电机组的容量越来越大,对发电机保护的性能提出了更高的要求。继电保护的理论基础是建立在对故障规律的清楚认识上的,进一步提高大型发电机组保护的性能就需要深入、广泛地了解发电机内部故障的规律。在深刻认识发电机内部故障的条件下,根据故障特征提出、改进发电机保护原理,丰富和完善发电机保护理论。基于以上认识,本课题首先对发电机定子绕组内部故障暂态过程进行了深入研究,建立了同步发电机内部故障暂态计算数学模型,并在一台模拟凸极同步发电机上进行了试验对比,结果证明了故障暂态计算数学模型的正确性。在对发电机定子绕组内部故障暂态过程进行深入分析的基础上提出了一种新的基于相关度的发电机采样值纵差保护原理,在故障分量负序方向保护原理的基础上提出了一个新的故障分量功率方向元件,本文最后介绍了基于发电机内部故障暂态仿真程序的发电机保护数字测试系统的方案。课题具体内容如下: 基于多回路分析的思想,应用通用支路电压矩阵方程来统一表示发电机内部定子、转子回路及外部各元件,建立了同步发电机故障暂态过程计算数学模型。同时建立了与系统并列运行的发变组故障暂态仿真模型,为研究发电机变压器组保护提供了一种有效的数字仿真手段。根据以上数学模型完成了包括同步发电机定子绕组内部故障参数计算、暂态过程方程求解的同步发电机故障暂态计算软件包,实现了发电机内部故障的暂态全过程数字仿真。 在一台实际模拟凸极同步发电机上进行了外部故障、空载内部短路和带电阻负载内部短路试验,与暂态仿真程序的计算结果进行了对比,验证了基于上述方法的同步发电机定子绕组内部故障暂态计算的正确性。 应用同步发电机故障暂态仿真程序分析了定子和转子回路的电阻对发电机故障暂态过程的影响,结果表明为了准确进行发电机内部故障暂态过程计算,应该全面考虑影响的各种因素,准确求取定子和转子回路的电阻。 利用暂态仿真程序对凸极同步发电机主保护在各种定子绕组内部故障暂态过程中的灵敏度进行了研究,结果表明对于没有制动量的保护来说,灵敏度得到了提高,但对于有制动量的保护,由于制动量在暂态过程中也增大,因而其灵敏度需要进行具体计算分析。 对大型隐极汽轮同步发电机定子绕组内部故障进行了研究,并讨论了两种汽轮发电机内部故障主保护,即纵向基波零序过电压和故障分量负序方向保护在故障暂态过程中的表现。 提出了一种新的基于相关度的发电机采样值差动保护原理,研究了各种因素对相关度的影响。基于相关度的采样值差动保护动作速度快、可靠性高,不 WP=5 受频率偏移的影响,并且可以防止在电流互感器饱和情况下差动保护的误动。该方法实现简单、具有较好的实用价值。 提出了一种故障分量三相功率方向的元件,理论分析和仿真试验证明了这种方向元件能够可靠地在各种故障情况下正确地识别故障性质,并结合故障分量三相功率方向元件讨论了几种辅助元件。 提出了基于离线电力系统暂态仿真程序的继电保护测试系统,并研究了可以用于发电机保护测试的数字发电机保护试验系统的方案。基于离线电力系统暂态仿真程序的发电机保护试验系统具有硬件简单、功能强大的优点,并可以满足动模测试的要求。
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