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分析康明斯發電機相間短路縱差保護


分析康明斯發電機相間短路縱差保護
環球康明斯發電機組:
康明斯發電機定子繞組內部故障是一種常見的、破壞性很強的故障,對電廠康明斯發電機乃至電網的安全運行帶來一系列嚴重的影響,為此必須裝設內部故障保護裝置。康明斯發電機縱聯差動保護已有成熟的運行經驗,通常作為內部相間短路的主保護[1,2]。但是對于縱差動保護靈敏度是以發電機機端發生兩相金屬性短路時短路電流與保護動作電流比值來衡量的,此時短路電流較大,幾乎所有的康明斯發電機縱差動保護都能滿足靈敏度要求,這種校核形同虛設。因此,對于大型發電機,必須詳細分析在定子繞組內部各種相間短路情況下差動電流以及靈敏系數的變化規律,以便全面評價縱差保護對內部相間短路的保護能力,這就是本文所要研究的內容。
1 內部相間短路電流分析方法描述
電機繞組內部故障屬于內部電氣不對稱故障的范疇。當電機繞組內部不對稱時,其氣隙磁場的空間諧波分量就很強,這些諧波磁場的轉速各不相同,轉向也有正有反,因此在繞組中感應出的電勢諧波很多。長期以來,諸多學者對電機不對稱故障作了研究,對此類故障的分析提出了許多有效的方法。
對稱分量法是發電機內部短路分析中最常用的方法之一,該方法通常只考慮氣隙磁場基波和定子電流的時間基波。而當繞組內部故障時,諧波分量很大,此時會遇到電抗修正及相序網絡之間的耦合問題。
[3]提出了以單個線圈元件為基礎論述電機基本電磁關系的交流電機多回路理論,它可以考慮諧波影響以及繞組內部故障時影響重大的因素,如故障空間位置和繞組型式等因素,從而可以比較準確地獲得繞組故障后的內部電磁關系和繞組電流分布,對發電機定子繞組內部故障保護裝置的設計、制造和運行起到了積極推動作用。
[4]在多回路理論的基礎上,建立了求解康明斯發電機定子繞組內部故障穩態電量的通用數學模型,探討了定子繞組各種內部故障規律。該文所建立的模型精確,結果準確,適用于各種內部故障的分析與計算。其基本思路是:首先從定子繞組單個線圈出發,列寫發電機定轉子初始回路的電壓、磁鏈、功率以及外部系統的連接方程,根據故障后回路繞組的實際連接方式組成新的定子回路。當回路電感和電阻參數已知時,就得到了一組以回路電感和電阻為系數的非線性變系數微分方程組。根據穩態電量計算的需要,可以假設定轉子回路穩態電量的表達式,將它代入微分方程組,利用同頻率量相等的原則,把非線性變系數微分方程組轉換為等效的非線性常系數代數方程組,通過求解這些方程,即可得各回路穩態電量值。這些代數方程組中回路參數的計算是關鍵。
[5]中采用電磁場數值計算方法進行了參數求解,即按照發電機的實際運行工況和鐵心磁阻的實際情況,計算某一線圈通直流電流之后在其他所有線圈或回路中的磁鏈,從而得出單個線圈和各個回路的電感系數。由于該方法能考慮鐵心磁阻的非線性、齒槽效應和氣隙諧波等因素,因而有助于提高發電機定子繞組內部故障后回路參數的計算精度,相應的定子繞組內部故障電流仿真結果也更加合理。同時,作者還編制了“大型發電機定子繞組內部故障電量計算與保護方案靈敏度分析”軟件包,能靈活地模擬各種內部故障并能對多種內部故障保護方案如單元件橫差、不完全差動、裂相橫差保護等方案的靈敏度進行分析。本文在此基礎上對縱差保護在各種內部相間短路情況下的差動電流和靈敏度規律進行探討。
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