肖仕武[1]2003年在《同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及其应用的研究》文中指出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叁相功率方向的元件，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，并结合故障分量叁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。
黄堃[2]2005年在《同步发电机定子单相接地故障暂态仿真及保护的研究》文中研究指明定子绕组单相接地故障是发电机的常见故障,而且是更为严重的发电机内部短路故障的先兆。随着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。本文首先对发电机定子绕组单相接地故障暂态过程进行了深入研究,在已有的同步发电机在空载情况下的定子单相接地故障暂态仿真程序基础上,建立了同步发电机在联网情况下的定子单相接地故障暂态计算数学模型,解决了仿真程序中的同步发电机启动及并网等问题;针对现有传统双频式100%定子单相接地保护判据在切并机端电容时容易误动的情况,提出了一种易于实现的保护闭锁方法;并提出了一种可靠性和灵敏性都很高的基于基波零序电压突变量和叁次谐波零序电压相角差原理的100%定子单相接地保护的新组合判据。
孙宇光[3]2003年在《同步发电机定子绕组内部故障的暂态仿真和保护分析》文中进行了进一步梳理同步电机的定子绕组内部故障是电机中常见的破坏性很强的故障。为了预测故障的破坏程度、设计机组的内部短路保护方案以减轻故障损害，都需要对绕组故障时的运行状态做详细的分析。运用多回路方法，已经基本解决了同步电机内部故障的稳态分析问题，但对故障的暂态研究，以前还仅限于单机空载的情况。本文改进了原来的多回路数学模型中对定子回路的选择，不仅可对同步发电机机端各种外部短路故障和单机空载下的各种定子内部故障进行暂态过程的仿真，还实现了负载时内部各种故障的暂态仿真。本文以矢量磁位和回路电流为求解变量，把电机的电磁场方程与反映绕组联接情况的电路方程联立起来同时求解，提出了同步发电机定子绕组内部故障的瞬态电磁场与多回路耦合的数学模型。该模型不仅能考虑绕组的分布与联接方式、故障的空间位置、气隙磁场的空间谐波，还能细致地考虑磁极形状、铁芯的饱和和涡流等因素。本文对一台4极、12kW凸极同步发电机，在单机空载和机端带电阻负载的运行状态下，进行了机端外部短路和多种典型内部故障的实验，并用两种数学模型做了相应的仿真计算。结果表明，多回路数学模型在电机饱和不严重的情况下，暂态仿真结果与实验结果大致吻合，虽然有时非故障分支电流与实验结果的差异比较大，但基波分量还比较准确，基本可以满足保护方案的灵敏度校验等工程需要。而场路耦合数学模型对于正常运行及各种故障，定子所有支路电流及励磁电流的仿真结果都与实验吻合得更好，尤其是在饱和情况下能得到比较准确的仿真结果。本文用场路耦合数学模型，计算了不同极数的同步发电机在联网负载运行状态下的单支路开焊故障。仿真表明，一对极、每相2分支的隐极同步发电机发生单支路开焊故障时，定子绕组内部会产生很大的环流，可能使绕组烧毁。对这种汽轮发电机特有的现象，本文给出了物理解释。随着电机容量的增大，对发电机内部故障保护提出了更高的要求。本文摒弃了以往凭概念、经验和传统习惯的做法，在对发电机内部故障进行准确计算和保护方案灵敏度校验的基础上，以恶滩水电站150MW发电机为例，按照“优势互补、综合利用”的原则，用新的设计思路确定了发电机内部故障主保护的配置方案，对可能发生的发电机内部故障实现了最大范围的保护。
杨经超[4]2004年在《巨型水轮发电机故障暂态仿真及发变组保护研究》文中提出随着叁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,叁峡、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”。论文对叁峡左岸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,基于叁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,结合叁峡工程的建设和叁峡机组的投入运行,论文对目前叁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。
毛俊喜[5]2007年在《大型发电机内部故障仿真与保护配置分析通用软件设计》文中认为近年来随着我国能源需求不断增长,一批大型水电站陆续开工建设,单机容量也越来越大。对这些造价昂贵、容量巨大的大型水轮发电机配置有效的主保护,对发电机本身乃至整个电网的安全稳定运行都具有重要意义。由于大型机组采用多分支结构,不同的主保护配置方案其保护性能存在明显差异,因此,一般需以发电机可能发生的内部短路故障形式分析为基础,通过对发电机内部故障进行全面的仿真计算来确定其主保护的优化配置方案。为加快研究进程,满足工程分析需求,亟需研究开发大型发电机内部故障仿真与保护配置分析通用软件。大型发电机定子绕组结构复杂,故障形式多样,短路故障总数可能近万种,因此,如何根据绕组结构形式,采用计算机技术自动形成内部短路故障集是主保护方案研究中需要解决的关键技术问题之一。本文结合大型机组目前广泛采用的双层波绕组和迭绕组的结构形式,对2种绕组形式下内部短路故障的通用分析算法进行了研究,开发了相应的内部故障形式分析软件,能够自动对这2种绕组形式的机组进行故障形式分析,为仿真计算快捷的提供仿真对象,极大地方便了发电机主保护优化设计工作。同时,也有助于全面了解发电机实际可能发生的各种内部短路故障情况,对机组的运行维护和结构完善具有重要的参考价值。发电机内部故障暂态仿真计算是进行发电机保护方案优化设计的核心和基础。论文以单匝线圈元件为基本单元,建立了发电机内部故障暂态仿真模型,并结合工程应用的特点和要求,采用了基于每极转子双阻尼条的工程实用化简化计算方法,从而在满足工程计算精度要求的前提下,大幅提高了发电机内部故障暂态仿真计算的效率。文中对故障暂态仿真模型、工程实用化简化计算方法以及仿真软件设计等作了详细介绍。由于大型发电机采用多分支结构,中性点连接方式多样,为确定发电机主保护优化配置方案,需要对不同的主保护配置方案的性能进行比较分析。论文根据发电机主保护的研究和应用情况,对目前广泛采用的几种发电机主保护的基本原理和实现方法进行了研究分析,进行了保护配置分析软件的设计和开发。文中介绍了软件的设计思想和基本流程。主保护配置分析软件在故障形式分析软件、内部故障暂态仿真软件基础上可以快捷、方便的分析各种主保护配置方案的总体性能,为发电机主保护方案的优化设计提供了一良好的研究工具。目前,所开发的暂态仿真与保护分析软件已在四川大渡河流域瀑布沟电站、湖南柘溪水电站、叁峡右岸电站等电站中的水轮发电机中得到成功应用,为大型发电机内部故障暂态仿真与保护分析研究提供了良好的研究平台。
夏勇军[6]2006年在《大型水轮发电机故障暂态仿真及主保护优化的研究与应用》文中认为经济的持续高速发展为电力系统的建设提出了更高的要求,为了充分发挥我国丰富的水电资源优势,在连续的几个五年计划中,国家都规划设计了一大批大型和特大型水电站,并逐步投入运行。同时,所设计水轮发电机单机容量也不断增大,例如叁峡、龙滩和溪洛渡电站发电机单机容量均达700MW,金沙江的向家坝更是达到750MW,而白鹤滩水电站的单机设计容量则可能高达800MW左右。发电机内部短路故障破坏性极强,如缺乏有效的保护,一旦发生故障则必将对发电机造成重大损坏,甚至可能影响水电站和整个电力系统的稳定运行,因此对大型水轮发电机实施有效的主保护至关重要。但大型水轮发电机内部故障暂态电磁关系复杂,建立适合发电机主保护优化设计研究的故障仿真模型困难,目前,针对发电机内部短路故障情况下仿真建模技术和主保护配置方案研究也成了国内外重要的研究课题。发电机内部短路故障特性的研究可以通过机组短路试验和数字仿真等手段来实现,但大型水轮发电机昂贵的价格使得不可能通过真机试验来进行相关的研究工作,即使是通过动模机组也只能对个别模拟机组的有限短路点进行部分试验,而数字仿真却能方便地对各种结构的发电机进行分析研究,因此数字仿真手段成了研究故障特性和主保护方案的重要途径。但发电机内部短路故障情况下暂态电磁关系复杂,如何建立适合主保护优化设计工程要求的暂态仿真模型是一个技术难题。发生短路故障后,发电机定子结构不再对称,气隙磁场存在很强的谐波分量;而且,大型水轮发电机定子绕组形式复杂,因此研究发电机内部短路故障必须考虑空间磁场谐波和定子短路匝位置两个因素的影响。按照发电机内部定转子实际环路列写磁链及电压方程(有学者称为多回路法)建立的仿真模型可以考虑这两个因素的影响,但大型水轮发电机过多的阻尼网孔导致了极高的状态方程组维数,不便求故障暂态解。虽然有研究人员提出了通过代数方程来求故障稳态解的方法,但发电机主保护动作时故障暂态过程并未结束,因此,主保护效果考核必须以故障暂态特性为基础。要将大型发电机内部故障暂态仿真模型应用于主保护优化设计的工程实际,首先需要解决模型的合理简化问题。本文从转子阻尼回路入手,采用基于转子每极双阻尼条的简化方法,以定子单匝线圈和等效阻尼网孔为基本单元,将故障短路支路等效为一条额外分支,通过列写各回路的磁链及电压方程建立了发电机内部故障暂态仿真模型,通过仿真计算验证了模型的正确性,并首次将此模型应用于大型水轮发电机主保护优化研究的工程实际。动模试验是电力系统故障研究的另一种重要手段,为更好地研究大型发电机内部短路故障情况下的电气特性,再现可能发生的各种故障和异常运行情况,论文介绍了国内首台基于大型水轮发电机实际结构及电气参数而建立的动模机组的设计、制造及相关动模试验情况。动模发电机定子分支数目和绕行情况完全仿照叁峡左岸ALSTOM发电机的形式,电气参数的设计也尽量与原型机一致,该动模机组的建设为大型发电机保护研究和继电保护装置试验提供了完善的物理平台。论文首次对比分析了多分支大型水轮发电机动模机组内部短路故障试验与数字暂态仿真计算结果,进一步验证了基于转子每极双阻尼条的简化暂态仿真模型的可行性与合理性。论文探讨了发电机内部故障暂态仿真及保护分析的可视化通用软件设计,基于Windows的VC++开发了内部短路故障集、故障仿真程序以及保护分析等功能的通用软件,可作为实际工程应用的仿真平台。国内新建的一系列大型水电站中,发电机主保护配置方案的确定都需要经过系统的暂态仿真分析论证,论文对叁峡右岸DFEM和ALSTOM 700MW、四川瀑布沟电站600MW和湖南柘溪电站250MW发电机故障集内所有故障的暂态电气特性进行了详细的研究,仿真分析了发电机各种中性点组合方式下不同主保护原理作用时的保护效果,通过统计、对比和分析,确定了各发电机中性点侧分支引出方式和优化主保护配置方案,研究成果已应用于上述叁个电站建设中发电机及其保护的设计及相关工程应用环节,同时也为国内相应工程应用和研究工作提供了参考。论文最后对上述研究成果进行了总结,提出了进一步研究的方向。
肖仕武, 屠黎明, 苏毅, 刘万顺[7]2003年在《凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证》文中研究指明同步发电机定子绕组内部故障分析是一个十分复杂而重要的问题。文中在建立同步发电机定子绕组内部故障暂态计算模型时采用通用支路电压矩阵方程来建立回路电流方程,具有简洁、通用性强的特点。利用多回路理论着重对同步发电机带载时定子绕组内部故障暂态全过程进行了仿真计算,并与试验录波波形进行了对比,结果表明这种仿真方法能够准确地模拟同步发电机故障暂态过程。文中还分析了影响暂态过程仿真精度的因素,认为铁心局部饱和、铁心剩磁、转速变化及回路电阻变化是产生仿真误差的重要原因。
贾文超[8]2007年在《大型水电机组主保护分析及其通用软件开发》文中认为我国在连续几个五年计划中大力发展水电,一批大型水电站即将或已经开发并投入使用,发电机的单机容量也越来越大。大型发电机地位重要,其故障将严重影响机组及电力系统的安全稳定运行,研究有效的发电机主保护配置方案有重要意义。大型水轮发电机的定子绕组采用多分支结构,使中性点分支引出方式复杂,保护配置方案多样化,而发电机不同的结构参数又使得主保护配置方案的优化设计非常复杂,通用的发电机主保护(完全纵差保护、不完全纵差保护、零序横差保护、裂相横差保护)配置分析软件开发有重要现实意义。论文利用面向对象可视化编程工具Visual C++ 6.0研究开发了通用型发电机主保护分析软件。该软件具有良好的人机界面,可利用发电机内部故障暂态仿真数据,分析两中性点或叁中性点不同分支组合方式下各种主保护配置方案的灵敏度,找到发电机最优的主保护配置。论文基于叁峡右岸东电机组可能存在的故障形式分析和内部故障暂态过程仿真计算,利用开发的主保护配置分析软件,完成了对采用两中性点123-45分支组合情况下ABB、Siemens和许继公司主保护的灵敏度分析和研究,研究结果已纳入东电机组的实际保护设计方案。发电机主保护灵敏度比较分析必须建立在外部故障不误动的基础上,由于快速主保护工作在故障暂态过程中,电流互感器(TA)饱和是发电机外部故障时引起保护误动作的主要原因,因此必须对电流互感器的暂态特性进行深入研究。论文对引起电流互感器饱和的因素进行了理论和仿真分析,利用MATLAB建模分析了发电机机端叁相短路时TA的暂态特性。针对发电机内部故障时产生很大的零序横差电流引起电流互感器饱和,论文还分析了TA变比对零序横差电流互感器饱和的影响,并对零序横差电流互感器选型进行了研究。论文最后对所做的工作进行了总结,并指出进一步研究方向。
邵宇[9]2004年在《同步发电机定子单相接地故障暂态仿真及其保护的研究》文中指出定子绕组单相接地故障是发电机的常见故障,而且是更为严重的发电机内部短路故障的先兆。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、广泛地了解发电机定子绕组单相故障的规律。在深刻认识发电机定子单相接地故障的条件下,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单相接地故障暂态过程进行了深入研究,建立了同步发电机定子单相接地故障暂态计算数学模型,并用一台模拟同步发电机参数进行大量的仿真,与实际理论规律进行对比的结果证明了故障暂态计算数学模型的正确性。最后,还应用该仿真程序对目前广泛应的 100%定子单相接地保护判据进行了校验分析。
毕大强[10]2003年在《大型水轮发电机定子绕组单相接地故障及保护方案的研究》文中认为定子绕组单相接地故障是发电机最常见的一种故障，而且往往是更为严重的绕组内部短路故障发生的先兆，定子绕组单相接地保护的可靠与灵敏动作可以大大降低内部短路故障的发生几率，减少故障造成的损失。定子绕组单相接地保护是大型发电机继电保护系统中十分重要的一项内容，而现有保护方案难以满足目前大型水轮发电机（如叁峡电站机组等）不断提高的定子绕组单相接地保护灵敏度要求。为了详细分析大型水轮发电机定子绕组单相接地故障特点，校验和开发相应的保护方案，本文建立了以交流电机多回路分析方法为基础、考虑定子绕组对地电容、采用实际绕组结构的发电机定子绕组单相接地故障仿真模型。通过修改故障电导矩阵，实现单相接地故障和其它类型故障的仿真分析。针对目前大型水轮发电机定子绕组单相接地保护灵敏度偏低的问题，通过分析单相接地故障后机端和中性点零序电压的变化特点，提出了一种基于机端和中性点叁次谐波电压故障分量和两种基于机端和中性点零序电压故障分量的高灵敏度、高可靠性保护方案，并实现定子绕组的100%保护。分析噪声对现有基于小波变换模极大值的定子单相接地保护的影响，提出了灵敏度高、抗干扰的基于小波变换多尺度滤波的能量法保护方案。将所建数学模型推广到多台发电机扩大单元接线方式，分析此种接线方式下单相接地故障引起的暂态零序电压和电流变化特点，提出了基于小波变换的选择性单相接地保护方案。为准确计算接地故障的过渡电阻值，分析了中性点接地装置参数对外加电源型定子单相接地保护中导纳判据的影响。分析了发电机中性点经消弧线圈接地时，其参数的选取及对基波零序电压保护的影响。在多台动模机组上做了大量相关试验，验证了本文所提出数学模型的正确性和有效性以及保护方案的灵敏度与可靠性。
参考文献：
[1]. 同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及其应用的研究[D]. 肖仕武. 华北电力大学（北京）. 2003
[2]. 同步发电机定子单相接地故障暂态仿真及保护的研究[D]. 黄堃. 华北电力大学（北京）. 2005
[3]. 同步发电机定子绕组内部故障的暂态仿真和保护分析[D]. 孙宇光. 清华大学. 2003
[4]. 巨型水轮发电机故障暂态仿真及发变组保护研究[D]. 杨经超. 华中科技大学. 2004
[5]. 大型发电机内部故障仿真与保护配置分析通用软件设计[D]. 毛俊喜. 华中科技大学. 2007
[6]. 大型水轮发电机故障暂态仿真及主保护优化的研究与应用[D]. 夏勇军. 华中科技大学. 2006
[7]. 凸极同步发电机定子绕组内部故障暂态仿真及试验验证[J]. 肖仕武, 屠黎明, 苏毅, 刘万顺. 电力系统自动化. 2003
[8]. 大型水电机组主保护分析及其通用软件开发[D]. 贾文超. 华中科技大学. 2007
[9]. 同步发电机定子单相接地故障暂态仿真及其保护的研究[D]. 邵宇. 华北电力大学（北京）. 2004
[10]. 大型水轮发电机定子绕组单相接地故障及保护方案的研究[D]. 毕大强. 清华大学. 2003
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