同步发电机励磁绕组匝间短路故障稳态数学模型及仿真

励磁绕组匝间短路故障会造成发电机励磁电流增大、输出无功功率减小、振动加剧等.为实现故障在线监测与保护,需准确快速计算故障电流等电气量.应用交流电机的多回路理论,基于对故障时定、转子电流稳态特征的分析,得到各回路电流的稳态表达式;根据同频率量相等的原则,将稳态时的微分方程组转化为线性代数方程组,得到励磁绕组匝间短路故障的稳态数学模型;利用高斯消去法可直接求得所有回路电流中各种交、直流分量的稳态解,快速实现故障的稳态计算.对一台12 KW、3对极的隐极同步发电机进行了空载时励磁绕组匝间短路实验,稳态仿真结果与实验吻合较好.该方法可比暂态仿真减少90%的计算时间,为同步发电机励磁绕组匝间短路故障的监测与保护奠定了基础.     

定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响

为研究定子绕组形式对同步发电机励磁绕组匝间短路稳态电流特征的影响,对一台12 kW、6极同步发电机的定子绕组连接进行了不同形式的变换,利用经过实验验证的多回路分析法分别对不同定子绕组形式的电机所发生的同一种转子匝间短路故障进行了计算,通过傅里叶分解得到了稳态故障电流的谐波特征,并进行了比较分析。计算与分析表明,发生励磁绕组匝间短路故障后,电机定、转子电流会出现不同于机端外部短路、定子内部短路等其它故障的稳态电流谐波特征,且不同定子绕组形式的电机表现的特征也各不相同。对励磁绕组匝间短路故障监测与保护的研究,需建立在科学的故障计算基础上,对不同型号的电机都需具体分析计算,根据实际情况选择用来检测或保护的特征量。     

混合励磁型饱和铁芯故障限流器

应用饱和铁芯故障限流器是限制高压大容量电力系统中短路故障电流的有效措施,为解决现有饱和铁芯故障限流器直流励磁损耗大、限流效果不佳的问题,提出了一种基于永磁体的混合励磁型饱和铁芯故障限流器。通过建立等效磁路、等效电路对该新拓扑的基本原理与工作特性进行研究,着重分析了永磁体对限流器性能的影响。通过搭建基于Maxwell-3D的有限元电磁仿真模型,证明该文所提混合励磁结构可有效限制故障电流,增加永磁体用量可有效降低直流励磁损耗,但会削弱限流器的限流性能与励磁磁动势利用率。最后,通过220 V/10 A限流器样机试验,验证了该文所提结构的有效性与理论的正确性。     

同步发电机励磁绕组匝间短路时的稳态电流谐波特征研究

为研究励磁绕组匝间短路的故障机理,通过理论分析故障情况下A1553样机转子绕组和定子绕组产生的磁动势性质及其在气隙磁场中的相互作用,论证了定子相绕组内部环流为分数次谐波、而转子电流为基波及整数次谐波的稳态故障特征,并且说明故障谐波特征主要受定子绕组的分布与联接方式影响,与电机极对数、励磁绕组的短路匝数及故障位置也有关系。对A1553样机进行了单机空载工况下的励磁绕组匝间短路实验,通过对稳态实验电流的快速傅里叶分析,验证了上述故障特征和理论分析方法的正确性。理论分析和实验表明,转子匝间短路的故障特征与机端外部短路故障、定子绕组内部短路故障等其它故障都有所不同,为故障检测提供了依据。     

三相偏磁桥路型限流器控制系统研制

设计的三相限流器控制系统由3个单相偏磁桥路型限流器、3个限流电抗器、励磁电源系统及电网运行状态监测系统组成,采用以2个数字信号处理器(DSP)为核心处理器的控制器,一个主要负责为偏磁桥路型限流器提供励磁电流;另一个主要负责监测电网电流、电压,实时采集电流、电压数据,当发生短路故障时及时作出判断,并通过CAN总线将控制参数发送给励磁控制器.分析了系统的工作原理,给出了三相控制系统的硬件、软件设计方案,并为控制系统的偏磁桥路型限流器设计了可以克服偶倍频反电势的基于DSP和现场可编程门阵列(FPGA)的数字励磁控制器.在所研制的380V/150A、最大故障限流1000A的偏磁桥路型限流器试验样机上进行了各种短路试验,试验结果表明所设计的控制系统软、硬件方案可行有效.     

直流SMC铁心高温超导故障限流器的研究

分析了直流电力系统保护的发展现状,设计了一种铁心型高温超导故障限流器。为了尽量延长限流的时间,限流器的铁心采用软磁复合材料(SMC)。限流器在系统正常工作时对电力系统影响很小,当短路故障发生时,它会很快表现为大阻抗以限制短路电流。基于磁场有限元与电路耦合的计算方法,首先对限流线圈在短路过程中的非线性电感进行精确计算,然后结合计算结果,在电路仿真程序中计算短路电流。通过对比SMC与硅钢铁心材料限流器的限流情况,可以看出SMC铁心限流器对于直流电力系统短路故障的限流效果更好。在短路故障发生后8 ms时,该限流器能将短路电流限制到最大值的12%。     

变压器型故障限流器限流效果研究

介绍了变压器型故障限流器的基本原理,该限流器由电容器及二次侧带放电间隙的并联变压器组成。通过分析该故障限流器在抑制短路电流过程中的稳态特性,定量地描述了它的限流效果。研究该故障限流器在限流过程中的工作条件,利用PSCAD软件建立仿真模型,对该故障限流器在500kV超高压输电系统中的应用进行仿真。为了验该故障限流器的限流效果,给出了实用可行的短路实验电路,分别就未装设和模拟限流器情况进行了短路实验。结果显示,该故障限流器具有较好的限流效果,能够作为一种有效的保护设备限制电力系统的短路电流。     

同步发电机励磁绕组匝间短路的数学模型与故障特征

为实现励磁绕组匝间短路故障的早期诊断,需要准确计算故障电流等电气量.考虑到转子故障引起的气隙磁场的各种空间谐波、定子相绕组内部不平衡电流和励磁绕组电路拓扑结构的改变,建立了同步发电机励磁绕组匝间短路故障的扩充的多回路数学模型,并准确计算了与发生匝间短路故障的励磁绕组有关的电感参数,利用数值方法可对发电机励磁绕组匝间短路...     

改进桥路型高温超导故障限流器的实验研究

由于基本桥路型超导限流器对短路电流稳态值限流效果较小,本文提出了一种改进桥路型高温超导故障限流器。正常工作情况下,限流器四个桥臂上的二极管均导通,对系统无影响;系统发生短路故障后的前100μs内,该限流器像基本桥路型限流器一样立即限制短路电流峰值,其后利用固态开关的切换,将二极管和偏压电源从限流器中退出运行,超导线圈的电感能限制故障电流峰值和稳态值,利用限流电阻与超导线圈串联限流,进一步提高其限流能力,从而使装置能有效地限制短路电流稳态值。实验表明,该限流器具有很好的限流和重合闸能力,能显著减少暂态及稳态的故障电流,有效提高系统动态稳定性和电网电能质量。     

35kV超导限流电抗器直流系统技术分析

分析了35kV超导限流电抗器的直流励磁系统的关键技术：超导绕组的设计制作主要是考虑匝间绝缘、匝间之间的电动力、以及绕组与液氮之间的热交换。直流电源系统的关键是稳态、限流态和恢复态的动作特性。在稳态时。直流源提供恒定的大电流低电压输出;当系统有短路故障时,限流器即转为限流态,直流系统能在5ms内将直流励磁电流降为0．使交流绕组呈现高阻抗状态以限制短路电流;在恢复态时。能在600ms内将直流励磁电流恢复到稳态运行值,使交流绕组呈现低阻抗状态。通过现场的短路试验测试验证了直流系统的动作特性。     

发电机机端电压互感器匝间短路引起的过励磁保护动作分析

针对发电机机端电压互感器（TV）一次绕组匝间短路过程产生的电流引起熔丝缓慢熔化的情况,推导了TV一次绕组匝间短路和熔丝熔断过程TV二次绕组电压计算公式,得出故障后二次绕组电压降低的结论。在此基础上分析了ABB Unitrol F型励磁调节器内TV断线逻辑存在的缺陷,同时研究了熔丝缓慢熔化引起该类型励磁调节器强励和过激磁保护的机理,并结合一起现场事故案例对理论进行验证。最后,通过搭建Matlab/Simulink仿真对理论进行验证,仿真结果证明了理论的正确性。     

基于功率期望原理的汽轮发电机励磁绕组短路故障诊断

为了快速、准确诊断汽轮发电机励磁绕组短路故障,该文从汽轮发电机电磁功率和无功功率的表达式出发,分析了短路故障后发电机运行点的变化规律。借助于空载电动势与励磁电流的正比例关系,建立励磁绕组正常时的发电机电磁功率和无功功率计算模型,用以计算发电机运行过程中电
　　磁功率和无功功率的期望值,并将其与实测的电磁功率和无功功率比较,当偏差超过一定数值时判断汽轮发电机存在励磁绕组短路故障,故障实例证实该方法的有效性。该方法为非侵入式的在线监测方法,具有较高的灵敏度,在发电机进相、迟相和调相运行时均可有效诊断励磁绕组短路故障。     

新型饱和铁心高温超导限流器的实验研究

饱和铁心型超导限流器的直流超导绕组中的直流影响短路故障电流的限流效果,研究发现,饱和铁心型超导限流器直流超导绕组中的直流还可以抑制谐波,并减少正常情况交流电流的波形畸变率。该文提出了一种新型饱和铁心高温超导限流器。新型饱和铁心高温超导限流器在正常工作情况下,两个固态开关SSTS处于闭合状态,直流超导绕组中的直流使饱和铁心型超导限流器处于饱和状态,限流器不会出现限流现象。在短路故障情况下,两个SSTS快速动作,断开限流器直流超导绕组中的直流,提高限流能力,同时使限流电阻快速串入超导限流器的交流回路限流,进一步提高限流效果。研究了该新型限流器的工作原理,分析限流参数的变化对其限流特性的影响。通过仿真和和实验研究发现,新型限流器的限流效果非常明显,并能实现线路重合闸,电网的稳态和暂态短路电流显著减少,电网电能质量和动态稳定性得到有效提高。     

磁元件型故障限流器电网接入技术研究

随着电力系统输送容量不断增加,电网短路电流水平增长,传统的被动限流措施难以有效降低短路故障电流。通过对磁饱和开关型和磁通约束型2类磁元件型故障限流器的结构分析,研究磁元件型故障限流器的响应特性,并建立统一的响应分析模型。建立单机无穷大分析系统,研究了磁元件型故障限流器的响应特性对短路电流的抑制效果,以及限流器对电网安全稳定性的影响。研究福浙断面投入故障限流器对输电断面输送功率的影响,仿真分析对电网安全稳定性的影响。使用浙江电网数据对磁元件型故障限流器不同接入方案进行分析,得出在短路电流最严重处布置故障限流器抑制效果最明显的结论。     

饱和铁心型超导限流器常导振动特性试验

超导限流器可以快速有效地限制短路电流,提高电网运行的安全可靠性。以某正在研制的500 kV超导限流器样机为对象,样机研制阶段采用铜绕组常导代替超导励磁,通过试验模态分析方法研究了其本体和油箱的固有振动特性,构建了基于光纤传感的超导限流器本体振动测试系统,测试分析了稳态运行时超导限流器样机的本体及油箱振动特性。结果表明限流器振动频谱中包含大量高次谐波,具有典型的电力变压器直流偏磁振动特征,在限流器结构动态设计阶段,有必要对主要部件进行试验模态分析,避免其在运行过程中发生高次谐波共振;限流器油箱与本体振动强度较大,且特征并不完全吻合,研制、试验及运行过程中都应进行在线监测。     

节能型故障限流器的应用研究

故障限流器是一种有效限制短路故障产生的过大短路电流的继电保护装置。本文简要介绍了故障限流器的分类和存在的问题,提出一种基于快速开关技术的节能型故障限流器。文中对这种故障限流器的关键技术进行阐述,并用Matlab/Simulink仿真分析了不同短路故障下的限流效果。最后对比传统故障限流器和节能型故障限流器的经济性能,进行成本分析,用计算实例对节能型故障限流器的节能效果予以论证。     

非电阻型高温超导限流器概述

短路电流会威胁电网电力系统的安全可靠运行,人们将超导技术应用于电力系统中,并有效结合电力技术,研制出了高温超导故障限流器。故障限流器可以限制短路电流及其所造成的危害,有效地维护电网安全。高温超导故障限流器可分为电阻型和非电阻型,饱和铁芯型高温超导限流器是非电阻型故障限流器的一种,它集众多优异特性于一体,限流恢复时间极短、限流功能可靠以及输电稳态损耗极小,因此有非常广阔的产业化前景。     

基于LSTM网络的同步电机励磁绕组匝间短路故障预警

构建了一种LSTM故障预警模型对同步发电机励磁绕组匝间短路早期故障进行预警。以发电机组正常情况下的数据训练LSTM网络,求得正常情况下因变量(励磁电流,定子振动)与自变量(定子三相电压,定子三相电流,励磁电压,有功功率,无功功率)之间的函数关系。将2个输出量进行数据融合,计算正常情况下的总偏移距离,定义预警阈值,当总偏移距离大于预警阈值时判定为故障。实验证明,该模型可以实现励磁绕组匝间短路早期故障的预警。     

汽轮发电机励磁绕组不同位置匝间短路对励磁磁动势的影响

为了研究汽轮发电机励磁绕组不同位置匝问短路故障时的磁场特性,将各个励磁线圈产生的矩形波磁动势进行傅里叶分解,利用傅里叶级数法获得了汽轮发电机励磁绕组正常和匝间短路时励磁磁动势表达式。据此得到了励磁绕组正常和不同位置短路3．75％时的励磁磁动势波形,结果表明：励磁绕组匝问短路时励磁磁动势畸变位置与短路所处空间位置角相对应;节距小的线圈比节距大的线圈短路引起的磁场不平衡程度明显;发生短路的励磁线圈节距越大,励磁磁动势基波幅值越小,从节距小的线圈到节距大的线圈分别短路时励磁磁动势出现的2次谐波幅值先变大后越小;实验分支电压频谱与励磁磁动势表达式的分析一致。     

隐极发电机励磁绕组匝间短路故障定位及短路匝数估算

为实现对发电机励磁绕组匝间短路故障的在线检测与保护,以一台12kW、3对极隐极同步发电机为例,采用多回路法对该样机负载运行时发生的励磁绕组匝间短路故障进行计算,并与实验进行了对比分析;基于计算与实验结果,分别探讨了分布式励磁绕组的故障位置及短路匝数对故障特征量的影响;在此基础上,提出利用定子分支谐波电流进行故障定位及短路匝数估算的新方法,为隐极发电机励磁绕组匝间短路故障在线检测与保护方案设计奠定了理论基础。