[发明专利]一种发电机内部故障模拟系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统仿真模拟领域，具体涉及一种发电机内部故障模拟系统及其方法。

背景技术

大型发电机在电力系统中占据电能生产的主导地位，其安全可靠运行是保证电网向整个 社会提供优质电能的重要条件。由于发电机内部故障的破坏性很大，为了减轻它的损害，保 证发电机的运行安全，就要提高对发电机内部故障的保护能力。

发电机的定子与转子间有相对运动，使得电机电路的电感参数大多具有时变性，电机的 磁路由铁心和气隙等组成，绕组大多是分布的，这使得它的气隙磁场比较复杂，当电机正常 运行和外部不对称(包括外部故障)时，气隙磁场以空间基波为主，但发电机发生内部故障时 其气隙磁场谐波很强，这时发电机的电感参数不但受铁心饱和的影响还要受到谐波的影响。

当发电机端部发生三相突然短路时影响故障观测量的是超瞬变电抗，而端部三相稳态短 路时影响故障观测量的则是同步电抗，所以三相突然短路电流比稳态短路电流要大几倍。但 是，当发电机定子绕组内部出现故障时情况则有所不同，即使是稳态内部故障，由于气隙磁 场有各种频率的序分量，阻尼绕组仍然有感应电流产生。所以发电机发生内部故障时，瞬态 电流与稳态电流相比不会有发电机端部三相短路时那样大的差值。严格地讲，发电机定子绕组 内部瞬态短路时，不仅定子各支路电流不相等，不同极的各阻尼回路电流也不相同，由于发电 机结构的复杂性，所以当发电机发生内部故障时，各电量瞬态时与稳态时的变化规律到底有 哪些不同，直接从概念推理或通过简单的计算是难以确定的，只有通过动态模拟试验才能获 得准确数据。

中国专利申请200810048990公开了一种发电机内部故障暂态仿真模型及其建模方法和 应用，涉及一种发电机内部故障暂态仿真模型。发电机的定子为a、b、c三相，每相各分 支都分别等效为电感和电阻的串联形式；根据定子、转子各回路的电压和磁链关系，列写方 程，得到微分方程组形式的数学模型，通过求解微分方程组，即可得到发电机定子绕组暂态 电流和电压数值；发电机转子的阻尼绕组，只计及奇数转子极面下的阻尼绕组，并且将每个 奇数转子极面下阻尼绕组等效为2根阻尼棒的形式。

上述发明专利的主要缺点是在建模过程中要把发电机作为理想电机考虑，这是发电机进 行数字仿真计算的基础，既把复杂的非线形问题进行线形化处理，在此过程中又要进行了一 系列的简化处理，虽然在工程应用上有一定的使用价值，其计算结果无法直接得到验证，只 能做定性分析使用，做定量分析还需要做更多的工作。

目前，大型发电机内部故障主保护配置的纵差保护，通常以发电机端两相短路试验校合 灵敏度系数K_sen，通常认为只要K_sen大于一个值，发电机定子绕组任何相间短路都能灵敏动 作。由于发电机三相绕组在定子铁心中相互交错，分布复杂，绕组各部分互感大小不同，发 电机定子绕组内部故障时，绕组的分布、连接方式、发生故障的空间位置对故障观测量的影 响很大，因此发电机内部发生相间短路不能等同于机端相间短路。既发电机内部相间短路保 护灵敏度系数不能简单的用机端相间短路电流来确定。此外，由于发电机外部发生短路故障， 理论上不会有横差电流，因此如果没有发电机内部故障模拟系统就没有办法对内部故障的横 差保护方案如单元件横差、裂相横差等保护的灵敏度进行分析校核。

无论是研究发电机内部故障对电气量的影响，还是验证发电机主保护对内部故障的保护 能力及动作的灵敏性、可靠性，都需要有一个能够模拟发电机各种内部故障的模拟系统来满 足科研与生产日益增长的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一个与真实运行工况相一致的试验平台，可以根据需要模拟各种发 电机内部故障的发电机内部故障模拟系统。