[發明專利]一種發電機內部故障模擬系統及其方法

有效

• 申請號: 200910243080.2
• 申請日: 2009-12-24
• 公開（公告）號: CN101719657A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 董明會;周澤昕;周春霞;杜丁香;李明;楊國生;詹智華;項燦芳;賈琰
• 申請（專利權）人: 中國電力科學研究院
• 主分類號: H02H7/06
• 分類號: H02H7/06;G01R31/34
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明涉及電力系統仿真模擬領域，具體涉及一種發電機內部故障模擬系統及其方法。

背景技術

大型發電機在電力系統中占據電能生產的主導地位，其安全可靠運行是保證電網向整個 社會提供優質電能的重要條件。由于發電機內部故障的破壞性很大，為了減輕它的損害，保 證發電機的運行安全，就要提高對發電機內部故障的保護能力。

發電機的定子與轉子間有相對運動，使得電機電路的電感參數大多具有時變性，電機的 磁路由鐵心和氣隙等組成，繞組大多是分布的，這使得它的氣隙磁場比較復雜，當電機正常 運行和外部不對稱(包括外部故障)時，氣隙磁場以空間基波為主，但發電機發生內部故障時 其氣隙磁場諧波很強，這時發電機的電感參數不但受鐵心飽和的影響還要受到諧波的影響。

當發電機端部發生三相突然短路時影響故障觀測量的是超瞬變電抗，而端部三相穩態短 路時影響故障觀測量的則是同步電抗，所以三相突然短路電流比穩態短路電流要大幾倍。但 是，當發電機定子繞組內部出現故障時情況則有所不同，即使是穩態內部故障，由于氣隙磁 場有各種頻率的序分量，阻尼繞組仍然有感應電流產生。所以發電機發生內部故障時，瞬態 電流與穩態電流相比不會有發電機端部三相短路時那樣大的差值。嚴格地講，發電機定子繞組 內部瞬態短路時，不僅定子各支路電流不相等，不同極的各阻尼回路電流也不相同，由于發電 機結構的復雜性，所以當發電機發生內部故障時，各電量瞬態時與穩態時的變化規律到底有 哪些不同，直接從概念推理或通過簡單的計算是難以確定的，只有通過動態模擬試驗才能獲 得準確數據。

中國專利申請200810048990公開了一種發電機內部故障暫態仿真模型及其建模方法和 應用，涉及一種發電機內部故障暫態仿真模型。發電機的定子為a、b、c三相，每相各分 支都分別等效為電感和電阻的串聯形式；根據定子、轉子各回路的電壓和磁鏈關系，列寫方 程，得到微分方程組形式的數學模型，通過求解微分方程組，即可得到發電機定子繞組暫態 電流和電壓數值；發電機轉子的阻尼繞組，只計及奇數轉子極面下的阻尼繞組，并且將每個 奇數轉子極面下阻尼繞組等效為2根阻尼棒的形式。

上述發明專利的主要缺點是在建模過程中要把發電機作為理想電機考慮，這是發電機進 行數字仿真計算的基礎，既把復雜的非線形問題進行線形化處理，在此過程中又要進行了一 系列的簡化處理，雖然在工程應用上有一定的使用價值，其計算結果無法直接得到驗證，只 能做定性分析使用，做定量分析還需要做更多的工作。

目前，大型發電機內部故障主保護配置的縱差保護，通常以發電機端兩相短路試驗校合 靈敏度系數K_sen，通常認為只要K_sen大于一個值，發電機定子繞組任何相間短路都能靈敏動 作。由于發電機三相繞組在定子鐵心中相互交錯，分布復雜，繞組各部分互感大小不同，發 電機定子繞組內部故障時，繞組的分布、連接方式、發生故障的空間位置對故障觀測量的影 響很大，因此發電機內部發生相間短路不能等同于機端相間短路。既發電機內部相間短路保 護靈敏度系數不能簡單的用機端相間短路電流來確定。此外，由于發電機外部發生短路故障， 理論上不會有橫差電流，因此如果沒有發電機內部故障模擬系統就沒有辦法對內部故障的橫 差保護方案如單元件橫差、裂相橫差等保護的靈敏度進行分析校核。

無論是研究發電機內部故障對電氣量的影響，還是驗證發電機主保護對內部故障的保護 能力及動作的靈敏性、可靠性，都需要有一個能夠模擬發電機各種內部故障的模擬系統來滿 足科研與生產日益增長的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一個與真實運行工況相一致的試驗平臺，可以根據需要模擬各種發 電機內部故障的發電機內部故障模擬系統。