核电站控制棒电源系统相复励发电机短路故障的解析计算

针对核电站控制棒电源系统,现有保护仅采用以额定电流为定值的定时限过流保护作为短路后备保护,导致该系统已发生多起过流保护抢先动作与失磁保护失配的事件。解决保护失配问题的关键在于对控制棒电源系统发电机短路故障电流的准确解析,解析重点在于考虑发电机实际采用的相复励无刷励磁方式对故障电流的影响,而相复励励磁电流由并励电压对应的励磁分量和复励电流对应的励磁分量合成产生。经过合理的假设与模型简化,结合发电机基本方程和励磁系统数学模型,推导得到了并励电压分量作用下的三相短路电流。引入复励电流分量作用,根据励磁电流变化对短路电流进行修正,得到了包含暂态分量和稳态分量的相复励发电机三相短路电流时域解析表达式。由正序等效定则扩展得到两相短路电流的时域解析表达式。基于PSCAD/EMTDC平台建立了控制棒电源系统电磁暂态模型,对理论分析结果进行了验证,进一步对保护优化方法进行了讨论。     

核电站控制棒电源系统发电机失磁故障解析

核电站控制棒电源（简称棒控电源）是控制棒驱动机构的唯一供电系统，确保该系统的安全可靠运行对提高核电站安全性具有重大意义。实际运行的棒控电源系统中发电机的失磁保护判据原理简单，现场发生了多起失磁保护失配事件，且棒控电源系统中发电机的运行状态不同于常规并网发电机；为了有效解决失磁保护失配问题，需对棒控电源系统中发电机的失磁故障进行重新解析。首先，根据转差率和功角特点将失磁发展历程划分为等功角阶段、异步运行阶段和周期异步运行阶段；其次，以发电机等效电路及相量图为基础，以q轴电动势为切入点，结合发电机基本方程，由各阶段q轴电动势的变化解析得到各电气量稳态表达式；最后，通过实际机组的失磁实验数据以及基于PSCAD平台的失磁故障仿真，全面验证了解析结果的正确性。该文给出的失磁故障解析过程为棒控电源系统发电机失磁保护方案的制定奠定了理论基础。     

核电RAM系统不正常工况分析及失磁保护优化

核电站控制棒驱动机构电源系统(RAM)是控制棒驱动机构的唯一供电系统,目前RAM系统存在一系列不正常工况及失磁保护失配问题。为深入了解系统运行规律并解决失磁保护失配问题,首先,结合实际数据,基于PSCAD仿真平台建立了RAM系统仿真模型。在验证模型正确性的基础上,对存在的不正常工况产生机理进行分析,通过仿真验证了分析的正确性。其次,对某核电站失磁保护与过流保护的失配现象进行了仿真复现,并分析了失配发生的原因。最后对失磁保护进行了逻辑优化及配合优化,制定了III段式失磁保护配置方案,从不同负载水平时发生不同程度失磁故障两个维度验证了方案的适用性。所开展的RAM系统不正常工况分析工作和所提失磁保护方案对保障核电站的安全稳定运行有重要意义。     

励磁方式差异对RAM发电机过流保护整定的影响

中广核下属电站控制棒驱动机构电源系统（rotating asynchronous machine,RAM）包含上电、中船和热蒙3种机型，除上电机型为自并励励磁方式外，其他2种机型均为相复励励磁方式。但各电站在整定不同励磁方式RAM发电机的过流保护时，没有考虑励磁方式差异对过流保护定值及延时整定的影响，存在过流保护拒动以及与其他异常工况保护失配的隐患（误动作）。建立了不同励磁方式RAM发电机的PSACD模型，通过理论分析和仿真说明了励磁方式差异对RAM发电机机端短路电流衰减过程的影响，并通过动模实验验证了仿真分析的正确性。基于理论分析和仿真结果，对不同励磁方式下RAM发电机过流保护的定值及延时进行合理整定，并在中广核下属电站得到实际应用。     

调相机失磁特性及其对直流系统的影响分析

对新一代调相机失磁故障的研究有利于充分发挥其在高压直流系统中的无功支撑作用。首先,考虑不同的失磁故障类型,并基于实际录波数据,以单机无穷大系统为例对调相机失磁特征及对直流系统的影响进行了定性分析。然后,在PSCAD/EMTDC中建立了包括调相机及其励磁控制系统在内的锡盟—泰州直流输电系统的电磁暂态仿真模型。以受端调相机为例,从系统不同电压跌落程度和调相机不同失磁类型等方面仿真调相机失磁对系统稳定运行的影响。研究表明,相比于短路失磁,受端调相机开路失磁时造成的后果更严重,且当系统处于临界换相失败状态时,调相机的失磁故障会进一步恶化系统的运行状态。     

双馈感应电机在三相对称短路故障下的电流分析

为了研究双馈电机三相短路电流特性从而采取有效的故障保护,对机端短路时的定转子磁链进行了分析,推导出了带Crowbar保护电路的电阻和转子开路两种情况下定子电流最大值的不同表达式。采用Crowbar保护电路,可以有效地保护短路故障时的双馈电机转子绕组和变换器。仔细分析了采用Crowbar时的定子短路电流,得出最严重三相机端短路情况下定子短路电流的近似表达式。仿真结果验证了表达式的准确性。     

对称故障且crowbar保护未动作情况下双馈感应发电机转子电流增量分析

定量分析双馈感应发电机在机端发生对称短路故障过程中转子电流增量特性,对风电场的规划设计、保护配置以及降低连锁脱网故障风险具有重要意义。以机端发生对称短路期间转子转速、初相以及定转子励磁电压恒定为研究条件,分析了crowbar保护（撬棒保护）未动作情况下双馈感应发电机的电磁暂态过程,并根据叠加原理,提出了机端发生对称短路故障下的转子电流增量最大值的计算方法,并且在忽略定子绕组和转子绕组的基础上,推导了机端电压增量与转子电流增量之间的解析计算模型。通过不同机型的风电机组的数值计算结果进行对比,解析计算模型的计算误差小于10%,验证了解析计算模型的有效性。     

MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流计算方法

为研究基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)系统直流侧短路电流的工程实用计算方法,基于金属性短路故障电流通用解析式,分析了MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障时换流站放电电流的相互抑制作用以及放电回路的耦合机理,并基于所推导的解析表达式提出了故障电流的解耦计算方法。基于PSCAD/EMTDC对MMC-HVDC系统发生非金属性短路故障工况进行仿真分析,将仿真结果与解析计算值进行对比验证。搭建数字-物理混合仿真实验模型,在数字端和物理端分别设置短路故障,对比实验值与解析计算值。验证结果表明,所提故障电流计算方法能准确地表征MMC-HVDC系统直流侧非金属性短路故障电流的演变趋势。     

考虑撬棒保护动作时间的双馈式风电机组短路电流特性

撬棒(Crowbar)保护是否动作及动作时间会对双馈感应发电机(DFIG)短路电流特性产生影响。目前计及撬棒保护影响的相关研究均按照故障后撬棒保护瞬时动作来分析短路电流特性,但实际上机端电压跌落时,撬棒保护并非瞬时投入运行,而是根据故障严重程度带有不同的动作延时,这给短路电流的精确分析计算增加了难度。文中针对这实际问题,以机端发生不对称故障为例,将故障电流分解为正向和反向同步旋转坐标系下的正序和负序分量,并根据撬棒保护动作时刻将故障过程分解为两个阶段,通过数学解析的方法给出整个故障过程的短路电流计算表达式。通过与MATLAB/Simulink的DFIG标准模型对比,仿真验证了计算表达式的有效性,并分析了撬棒保护不同动作时间对DFIG短路电流特性的影响。     

低压系统多层级短路电流早期检测与预测

从电源侧向终端侧的全范围延伸是当前选择性保护的技术方向.针对现阶段低压系统短路故障选择性保护的局限性,提出多层级全范围选择性协调保护系统技术概念,阐述实现新型全选择性协调保护的系统架构及其关键技术.在建立低压系统多层级单相短路故障实型实验系统及其仿真模型的基础上,分析全相角范围短路故障电流波形,阐述小波变换实现短路故障早期检测原理及其技术实现,并引入极端学习机研究短路故障早期辨识的电流峰值预测方法.仿真与实验验证了短路电流早期检测及其峰值预测的有效性,为低压系统多层级短路故障全选择性协调保护奠定理论基础.     

大型发电机失磁故障分析

某百万千瓦汽轮发电机辅励磁机故障导致发电机失磁,在失磁保护动作跳开机端断路器的过程中,失步保护动作跳开500 kV断路器使事故范围扩大。根据故障录波数据分析计算出发电机失磁后机端导纳、机端阻抗的轨迹变化,详细分析了事故扩大的根本原因,并提出相应的改进措施以防止类似事故的再次发生。     

双馈感应发电机接入电网的三相短路电流峰值评估

短路电流计算是电网规划和保护的基础,文中将双馈感应发电机(DFIG)定子磁链强制分量归算至定子侧,将定子磁链直流分量归算至转子侧,形成静态等值电路,分析转子感应磁链随转速的变化规律,研究转子电阻对故障时定子磁链直流分量动态衰减及其与转子绕组感应过程的影响,推导电网三相短路时DFIG定子短路电流解析式。比较了近端和远端故障时不同撬棒电阻对应定子短路电流特性,提出了DFIG接入电网的三相短路电流峰值评估方法。该方法能有效计算DFIG机端、馈线上下游和其他馈线故障时的三相短路电流峰值序列,采用MATLAB/Simulink软件仿真验证了所提出方法的正确性。     

发电机失磁保护外部短路闭锁方法的研究

在发电机机端或主变高压侧发生各种短路故障的情况下,发电机失磁保护可能发生误动,因此在发生外部短路故障的情况下使失磁保护不误动是失磁保护所要解决的关键问题。介绍一种用小波阈值法闭锁外部短路的方法。     

大型发电机组失磁保护新判据的初探

以大型发电机组失磁及振荡仿真为基础，并根据仿真得到的结论，提出了提前预测失磁故障的新判据，探讨了快速切除失磁故障的可能性；同时，也分析了短路故障的特征，为失磁保护在短路故障情况下不误动提出了一种闭锁方案；在此基础上，最终形成了一个新的失磁保护框架。     

大型发电机组失磁保护新判据的初探

以大型发电机组失磁及振荡仿真为基础，并根据仿真得以的结论，提出了提前预测失磁故障的新判据，探讨了快速切除失磁故障的可能性，同时，也分析了短路故障的特征，为失磁保护在短路故障情况下不误动提出了一种闭锁方案；在此基础上，最终形成了一个新的失磁保护框架。     

基于振荡边界圆的失磁保护新判据研究

提出了一种新的失磁保护判据——振荡边界圆判据,来解决传统的失磁保护阻抗元件无法区分失磁与振荡这一问题。推导了发生振荡时机端阻抗轨迹的方程,经过分析得到系统发生低励磁振荡时,低励程度越深,机端阻抗轨迹圆越小,并且形成包含关系。根据这一结论,提出振荡边界圆判据,当机端测量阻抗轨迹进入振荡边界圆内,认为发生了失磁故障,保护直接动作,通过仿真验证了该判据的正确性。针对振荡边界圆判据,提出了一套新的失磁保护方案,并通过实例分析,验证了新失磁保护方案的有效性。     

不同类型短路故障下双馈风机短路电流分析

研究风电机组的短路电流特性是分析风电机组并网后电网短路电流变化的前提。基于双馈感应发电机DFIG(doubly fed induction generato)r的Park模型及定转子磁链守恒原理推导了机端三相短路下计及撬棒(Crowba)r保护的DFIG短路电流解析表达式。根据该表达式分析了DFIG短路电流特性,并从定子和转子衰减常数的角度分析可能影响短路电流的因素。利用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件建立并网运行的DFIG单机模型,对理论分析的正确性进行了验证,还通过仿真分析了不对称短路下DFIG的短路电流特性,为进一步全面研究DFIG的短路电流特性提供参考。     

大容量调相机继电保护配置方案研究

文章对调相机和发电机的继电保护配置方案进行了对比分析,并结合调相机的启动方式分析了该过程对主保护的影响。最后建立单机无穷大系统仿真模型,分别对发电机和调相机的失磁故障动态过程和测量阻抗轨迹进行了仿真计算,讨论了失磁保护采用阻抗判据的可行性。     

逆变型分布式电源并网系统的失步保护研究

针对逆变型分布式电源并网系统中存在的失步问题,分析了逆变型分布式电源并网系统失步和传统旋转型电源电网失步的区别,提出了适用于分布式电源并网系统的失步保护新原理.该保护首先利用公共耦合节点处视在阻抗角偏移量的绝对值构建失步保护启动判据,其次利用视在阻抗角变化的加速度绝对值来判断失步状态.通过MATLAB/SIMULINK搭建三相光伏并网发电系统模型,进行三相短路和失步仿真.仿真结果验证了提出的失步保护原理清晰,可以准确区分逆变型分布式电源并网系统中发生三相短路故障和失步的情况,并且该保护原理不受三相短路故障的影响.     

基于励磁电流差异的调相机失磁保护方案

首先研究了调相机的失磁故障行为及失磁调相机的暂态响应,结果表明已处于失磁状态的调相机在系统电压变化时仍有一定的无功响应能力.在此基础上,分析了基于无功反向特征的已有失磁保护方案在故障检测及保护动作方式上的不足.为了进一步优化调相机的失磁保护,深入研究了调相机的失磁过程并得出了失磁故障后励磁电源输出的测量励磁电流与励磁磁动势对应的实际励磁电流大小存在明显差异的故障特征.然后建立了实际励磁电流的计算模型,解决了实际励磁电流值不能直接测量的问题.在此基础上,构建了基于励磁电流差异特征的失磁保护判据,优化了保护动作方式,提出了相应的调相机失磁保护方案.最后,在PSCAD中建立了包含调相机在内的实际直流输电系统模型,通过仿真对比已有失磁保护方案及所提失磁保护方案的作用,结果验证了所提失磁保护方案的有效性.