本文關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機勵磁繞組匝間短路故障穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

同步發(fā)電機砸間短路故障數(shù)學模型分析

第３４卷第１８期２０１０年９月２５日

電力系統(tǒng)自動化

ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ

ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ

Ｖ０１．３４Ｎｏ．１８

Ｓｅｐｔ．２５，２０１０

同步發(fā)電機勵磁繞組匝間短路故障穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及仿真

郝亮亮，孫宇光，邱阿瑞，王祥珩

（電力系統(tǒng)國家重點實驗室，清華大學電機系，北京市１０００８４）

摘要：勵磁繞組匝間短路故障會造成發(fā)電機勵磁電流增大、輸出無功功率減小、振動加劇等。為實現(xiàn)故障在線監(jiān)測與保護，需準確快速計算故障電流等電氣量。應(yīng)用交流電機的多回路理論，基于對故障時定、轉(zhuǎn)子電流穩(wěn)態(tài)特征的分析，得到各回路電流的穩(wěn)態(tài)表達式；根據(jù)同頻率量相等的原則，將穩(wěn)態(tài)時的微分方程組轉(zhuǎn)化為線性代數(shù)方程組，得到勵磁繞組匝間短路故障的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型；利用高斯消去法可直接求得所有回路電流中各種交、直流分量的穩(wěn)態(tài)解，快速實現(xiàn)故障的穩(wěn)態(tài)計算。對一

臺１２ｋＷ、３對極的隱極同步發(fā)電機進行了空載時勵磁繞組匝間短路實驗，穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果與實驗吻

合較好。該方法可比暫態(tài)仿真減少９０％的計算時間，為同步發(fā)電機勵磁繞組匝間短路故障的監(jiān)測與保護奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機；勵磁繞組匝間短路；多回路分析法；穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型

０

引言

隨著中國電網(wǎng)的迅猛發(fā)展及發(fā)電機單機容量的

仿真自故障發(fā)生到進入穩(wěn)態(tài)的整個過渡過程，但對于定子支路數(shù)、極對數(shù)、阻尼回路數(shù)多的電機，通過暫態(tài)計算得到穩(wěn)態(tài)量會花費相當長的計算時間，在實際應(yīng)用中存在局限性。

本文基于同步發(fā)電機勵磁繞組匝間短路故障的穩(wěn)態(tài)電氣量特點，建立勵磁繞組匝聞短路的穩(wěn)態(tài)多回路數(shù)學模型，可實現(xiàn)對故障的準確、快速仿真。

１

不斷增大，人們對發(fā)電機的安全可靠運行提出了越來越高的要求。勵磁繞組匝間短路是發(fā)電機經(jīng)常發(fā)生的電氣故障，輕微的匝間短路不會對發(fā)電機運行產(chǎn)生嚴重影響，但如果故障繼續(xù)發(fā)展，，會造成發(fā)電機勵磁電流增大、輸出無功功率減小、振動加劇等不良影響。短路點處局部過熱還可能使故障演化為轉(zhuǎn)子接地故障，給機組安全穩(wěn)定運行帶來巨大威脅Ｌ１］。

利用發(fā)電機運行中的電氣量實現(xiàn)對勵磁繞組匝間短路故障的在線監(jiān)測與保護是今后的研究趨勢心］。要實現(xiàn)這一目標，必須先解決故障的準確計算問題，進而完成短路匝數(shù)的確定及短路位置的判斷。近年來國內(nèi)外專家學者對故障檢測提出了很多方法，但都局限于定性的理論分析與實驗研究Ｌ３呻】。

多回路分析法［１０］按照電機定、轉(zhuǎn)子繞組的實際連接情況分析各回路的電壓和磁鏈關(guān)系。在計算由多個線圈串、并聯(lián)而成的繞組回路參數(shù)時，能夠深入到定子相繞組和轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部，并能考慮氣隙諧波磁場，其正確性經(jīng)過多次實驗檢驗１１１｜，成功解決了定子繞組內(nèi)部故障的計算問題，并應(yīng)用于發(fā)電機內(nèi)部故障主保護的定量化設(shè)計中¨２｜。

在勵磁繞組匝間短路故障的監(jiān)測與保護中，更關(guān)注故障電氣量的穩(wěn)態(tài)特征及大小，暫態(tài)計算雖能

同步發(fā)電機勵磁繞組匝間短路故障的穩(wěn)

態(tài)數(shù)學模型

本文各電磁量正方向的規(guī)定同文獻［１０］，即定子各支路正值電流產(chǎn)生負值磁鏈，其電壓、電流關(guān)系按發(fā)電機慣例；轉(zhuǎn)子各回路正值電流產(chǎn)生正值磁鏈，其電壓、電流關(guān)系按電動機慣例。

１．１

回路（支路）的電壓方程和磁鏈方程

同步發(fā)電機發(fā)生勵磁繞組匝間短路后，如圖１

所示，勵磁繞組被分為正常勵磁回路（電流為ｉｆ）與故障附加回路（電流為ｉ札）。圖中：Ｅｚｒ為勵磁電勢；Ｒｍ。為勵磁短接線電阻；ＲｚＦ為勵磁電源內(nèi)阻。

屹Ｆｆ

圖ｌ

Ｆｉｇ．１

勵磁繞組匝間短路時勵磁回路

蘭耄：妻：。翟 ：一竺：：：：曼日期：２０１０－０Ｐ７－由１５魯．圖玄吉明魯Ｌ

國家自然科學基金資助項目（

；已申請國家發(fā)明專

利（申請?zhí)枺海玻埃保埃保埃保玻福梗玻梗矗?/p>

）７２０７８０５勵的支分同不相同子定，時蕊霧害二Ｌ

Ｌｏｏｐｓｏｆｆｉｅｌｄｗｉｎｄｉｎｇｗｉｔｈｉｎｔｅｒ－ｔｕｒｎｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔ

１＿～”叫’“：”…’．…．。。１“。二……

磁電動勢不再相等，會引起相繞組內(nèi)部的不平衡電

……“４４

萬方數(shù)據(jù)

  本文關(guān)鍵詞：同步發(fā)電機勵磁繞組匝間短路故障穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型及仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。