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同步發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障的暫態(tài)仿真和保護(hù)分析
2017-10-27 閱讀(163)
同步電機(jī)的定子繞組內(nèi)部故障是電機(jī)中常見(jiàn)的破壞性很強(qiáng)的故障。為了預(yù)測(cè)故障的破壞程度、設(shè)計(jì)機(jī)組的內(nèi)部短路保護(hù)方案以減輕故障損害，都需要對(duì)繞組故障時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)做詳細(xì)的分析。運(yùn)用多回路方法，已經(jīng)基本解決了同步電機(jī)內(nèi)部故障的穩(wěn)態(tài)分析問(wèn)題，但對(duì)故障的暫態(tài)研究，以前還于單機(jī)空載的情況。 該文改進(jìn)了原來(lái)的多回路數(shù)學(xué)模型中對(duì)定子回路的選擇，不僅可對(duì)同步發(fā)電機(jī)機(jī)端各種外部短路故障和單機(jī)空載下的各種定子內(nèi)部故障進(jìn)行暫態(tài)過(guò)程的仿真，還實(shí)現(xiàn)了負(fù)載時(shí)內(nèi)部各種故障的暫態(tài)仿真。
該文以矢量磁位和回路電流為求解變量，把電機(jī)的電磁場(chǎng)方程與反映繞組聯(lián)接情況的電路方程聯(lián)立起來(lái)同時(shí)求解，提出了同步發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障的瞬態(tài)電磁場(chǎng)與多回路耦合的數(shù)學(xué)模型。該模型不僅能考慮繞組的分布與聯(lián)接方式、故障的空間位置、氣隙磁場(chǎng)的空間諧波，還能細(xì)致地考慮磁極形狀、鐵芯的飽和和渦流等因素。 該文對(duì)一臺(tái)4極、12kW凸極同步發(fā)電機(jī)，在單機(jī)空載和機(jī)端帶電阻負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)下，進(jìn)行了機(jī)端外部短路和多種典型內(nèi)部故障的實(shí)驗(yàn)，并用兩種數(shù)學(xué)模型做了相應(yīng)的仿真計(jì)算。結(jié)果表明，多回路數(shù)學(xué)模型在電機(jī)飽和不嚴(yán)重的情況下，暫態(tài)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致吻合，雖然有時(shí)非故障分支電流與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異比較大，但基波分量還比較準(zhǔn)確，基本可以滿足保護(hù)方案的靈敏度校驗(yàn)等工程需要。而場(chǎng)路耦合數(shù)學(xué)模型對(duì)于正常運(yùn)行及各種故障，定子所有支路電流及勵(lì)磁電流的仿真結(jié)果都與實(shí)驗(yàn)吻合得更好，尤其是在飽和情況下能得到比較準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。 該文用場(chǎng)路耦合數(shù)學(xué)模型，計(jì)算了不同極數(shù)的同步發(fā)電機(jī)在聯(lián)網(wǎng)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的單支路開(kāi)焊故障。仿真表明，一對(duì)極、每相2分支的隱極同步發(fā)電機(jī)發(fā)生單支路開(kāi)焊故障時(shí)，定子繞組內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流，可能使繞組燒毀。對(duì)這種汽輪發(fā)電機(jī)*的現(xiàn)象，該文給出了物理解釋。
隨著電機(jī)容量的增大，對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障保護(hù)提出了更高的要求。該文摒棄了以往憑概念、經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)習(xí)慣的做法，在對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算和保護(hù)方案靈敏度校驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以惡灘水電站150MW發(fā)電機(jī)為例，按照“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、綜合利用”的原則，用新的設(shè)計(jì)思路確定了發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障主保護(hù)的配置方案，對(duì)可能發(fā)生的發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障實(shí)現(xiàn)了zui大范圍的保護(hù)。
