核电站控制棒驱动机构电源系统建模及故障分析

大型核电站控制棒驱动机构的电源系统由两台带飞轮的电动发电机组成，励磁方式包括自并励和相复励。某自并励机型棒电源系统曾发生一机失磁，与之并联的另一机过流保护抢先动作的严重事故。实际核电站中大量棒电源系统采用相复励机型，为了探究此次事故原因并判断棒电源系统中是否存在保护失配的共性风险，有必要对相复励棒电源系统故障特点进行研究。文中从相复励系统的全补偿公式出发，理论分析了机端短路电流变化趋势与相复励系统参数的关系，然后建立了棒电源系统的PSCAD模型。发现机端短路故障的仿真计算与理论分析相吻合，并通过动模机组单机机端短路实验共同验证了仿真模型的正确性。文中仿真分析了棒电源系统单机失磁时的故障特点，提出利用稳态等效电路估算棒电源系统失磁故障时机端电流的大小。结合制造厂家的真机实验验证了估算方法的有效性，同时说明了事故棒电源系统过流与失磁保护失配的原因，为核电棒电源系统保护装置改造奠定了基础。     

两种静止励磁系统动态性能的比较与分析

分析比较了相复励励磁系统和自并励励磁系统的动态性能，以华能南通电厂350MW发电机机组为例，分别运用两种励磁系统的模型进行仿真计算。仿真采用江苏实际电网，以发电机出口处三相短路为暂态仿真故障，进行暂态稳定计算。通过对计算结果的详细比较，分析了相复励励磁系统与自并励励磁系统的异同，结果表明相复励励磁系统在维持系统稳定及确保继电保护正确动作等方面的性能优于自并励励磁系统。     

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。     

电网故障下双馈风力发电机暂态电流分析

通过分析双馈风力发电机的暂态电气关系,推导转子暂态电流的时域表达式;并通过对比不同跌落系数下的暂态电流,分析了转子暂态电流的变化规律;并对电网三相短路故障下双馈风力发电机的暂态响应进行仿真,验证了暂态电流表达式的正确性。     

电网电压不对称暂降下考虑Chopper动作的双馈风机转子电流分析

针对电网电压不对称暂降下双馈感应发电机直流侧卸荷Chopper电路的投入,分析了其动作后双馈感应发电机的转子三相不对称电流,双馈感应发电机在机端电压不对称故障时表现出极为复杂的电磁暂态特性。首先建立了正反向旋转坐标系下双馈感应发电机的正序、负序模型,然后基于序分量叠加法把不对称故障时复杂电磁暂态过程中出现的暂态量等效分解为正序、负序和自由分量,推导了不对称故障下Chopper投入后转子暂态短路电流精确解析表达式。利用Matlab/Simulink仿真软件对所提方法进行验证,仿真结果验证了机端电压不对称跌落过程中双馈感应发电机转子不对称短路电流变化特性。     

自并励发电机后备保护改进方案

随着电网规模的扩大,大型发电机组普遍采用自并励励磁系统,但由于短路电流衰减易造成后备保护拒动,基于理论分析,通过推导短路电流方程并计算,总结外部短路电流与外接电抗的关系即自并励发电机在不同位置发生三相和两相短路故障下的短路电流变化趋势,得出三相短路及近端两相短路时短路电流均衰减,但三相短路电流衰减会使后备保护拒动的结论,结合工程实际在现有保护基础上给出了两种分别加设低压保持元件和出口解锁的低压记忆回路的改进后备保护方案。     

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。     

风电场联络线短路电流特性的研究

为了对包含双馈感应风力发电机风电场的联络线保护进行研究,有必要对联络线发生故障时的短路电流特性进行分析。对于联络线对称短路故障,利用双馈风力发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风力发电机组在联络线远端和近端故障情况下的定子暂态电流解析表达式。对于不对称短路故障,通过利用对称分量法和双馈感应风力发电机简化正负序等效电路,定性地分析了联络线发生不对称故障时的短路电流特性。仿真结果表明含双馈感应风力发电机的风电场联络线短路电流特性与常规电力系统短路电流特性有明显差别。     

电网短路故障时交流励磁风力发电机不脱网运行的励磁控制策略

提出一种电网短路故障时保持交流励磁风力发电机不脱网运行的新型励磁控制策略。分析了电网短路故障时交流励磁发电机的暂态物理过程和转子过电流的原因。改进控制方案从限制电网故障时定子工频过电流的角度出发,有效限制了由定子电流工频分量引起的转子电流交流分量,同时利用发电机定子电阻对定子磁链暂态直流分量进行灭磁,实现了故障时避免转子出现过电流的目的。建立了2 MW商用交流励磁风力发电系统仿真模型,在电网对称故障和非对称故障条件下,对"crowbar protection"方案和该文所提方案进行了仿真对比研究。仿真结果验证了该文所提改进方案的有效性,实现了电网故障期间发电机转子励磁变频器的安全运行,提高了交流励磁风力发电系统在电网故障时的不间断运行能力。     

电抗移相相复励励磁系统原理及设计

图1是常用的电抗移相相复励励磁系统(下简称相复励)线路图。电流互感器(4)付边提供的电压,与负载电流相对应,线性电抗器(3)把电枢绕组抽头电压或端电压移相约90°,和(4)提供的电压几何相加,经过桥式整流器(5)整流。给发电机的励磁绕组(2)供电。当发电机空载时,通过线性电抗器(3)提供励磁电源,建立空载电压;负载时,由(4)供给所需要的复励电流,进行电流补偿,由(3)移相,进行相位补偿,从而抵销负载电流电枢反应的去磁作用,保持电机端电压恒定。     

高厂变分支开关误合闸引起的发电机误上电事故分析

发电机误上电故障有2种发生形式:一种是由发电机组的主开关误合闸引起,另一种是由厂用电系统开关误合闸引起。由厂用电系统开关误合闸引起的发电机误上电事故的故障电流小于由发电机组主开关误合闸的故障电流,计算分析表明普通误上电保护的整定思想对于由厂用电开关误合闸导致的误上电故障没有灵敏度。通过对发电厂厂用电系统负荷配置的分析,及对发电厂高压工作厂用变压器分支过流保护整定原则的分析探讨,通过对一起故障实例的计算分析,认为高厂变分支过流保护合适的整定定值将对保护此类误上电事故起到有效作用。同时分析了由厂用电系统开关误合闸导致发电机组误上电的几种情况,提出了几种有效的防范措施。     

基于双馈风机短路特性的风电场集电线路继电保护整定方法研究

目前的定值整定工作中往往将风电场作为负荷或常规电源进行分析计算,已经导致了多起事故,因此深入研究风电场的故障特征以及对系统继电保护的影响显得非常重要。首先,在双馈风机短路等值参数模型的基础上,研究了风机短路特性对集电线路保护的影响和集电线路继电保护整定值整定方法。其次,充分考虑了风机短路故障电流的影响,并提出了一套完整的集电线路系统继电保护定值整定方法。该方法分析了三相短路和两相短路的短路电流,提出了集电线路相间过电流保护和汇集线接地故障的零序电流保护的整定原则和计算过程。该策略避免了风机发生故障时产生的过电流对下游集电线路继电保护装置造成冲击和误动,目前已经在实际风电场得到了应用,验证了该方法的有效性。     

电网短路故障时并联型电力有源滤波器的过流保护

对并联型电力有源滤波器（APF）在电力系统发生各种短路故障时的行为进行了分析，得出了在系统发生故障期间APF会发生过流现象的结论。在此基础上提出了一种新颖的过流保护方案：逐周限流保护方案。这种保护方法的优点在于，当APF发生过流期间，通过切脉冲将APF电流限制在允许范围内，并使APF在其能力范围内继续起到补偿的作用。通过仿真研究和实验证实了该保护方案的有效性和实用性。     

自适应限流型固态断路器的直流电源设计

为消除常规限流电抗对直流系统运行稳定性和直流断路器断流速度的不利影响,桥式限流型固态断路器实现了兼具自适应故障限流与断流的优异性能,但其桥电路中的直流偏置电源存在无过流保护和电源容量与投资成本相对较高的缺陷。针对桥式限流型固态断路器,文中设计了一种基于三相半波整流电路的直流偏置电源,提出了偏置电源参数选取和电压整定方法,有效减少了电力电子器件数量,实现了偏置电源过流保护电路,降低了偏置电源设计容量和制造成本。样机实验和仿真算例证明了所提出的自适应限流型固态断路器的偏置电源的优势。     

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.     

大型抽水蓄能电站10/0.4 kV厂用变压器低压侧单相接地保护配置

针对大型抽水蓄能电站10/0.4 kV厂用变压器远离配电装置的特点,提出了利用变压器高压侧过流保护兼做低压侧单相接地故障时的保护.根据抽水蓄能电站厂用电接线和D,Yn11变压器的特点,建立一个单电源电力系统模型,假定变压器低压侧a相发生接地故障,利用对称分量法求得高压侧各相的短路电流表达式.根据实际工程中应用的变压器容量以及变压器与配电装置的距离,对变压器高压侧过流保护的灵敏度进行计算,灵敏度系数大于1.5,满足规范DL/T5177-2003的要求.最后根据计算结果,对距离配电装置4 km以内的2000 kV·A及以下变压器低压侧单相接地故障的保护配置作出了建议.     

低压厂用电系统零序TA接线方法的选择

介绍低压厂用电系统3种零序TA的接线方法,以及某电厂零序TA采用全电流接线法引起的零序过流保护的误动作情况,分析在＂相-地＂和＂相-N＂2种单相短路故障时,各接线方法的零序电流及零序过流保护动作情况,认为零序TA接线宜选用三相电流接线法。     

输电线不同故障对距离保护影响的仿真研究

针对输电线路中相间不同短路故障,分析故障对输电线距离保护的影响。根据输电线距离保护原理,计算三相系统中各相电压值,利用PSCAD/EMTDC建立双端电源系统的仿真模型并进行仿真实验。根据计算的测量电压、电流和阻抗,判断故障点距离及保护动作特性。结果表明：双端电源系统中三相线路不同相间故障时,其对应测量阻抗能够正确反映保护处故障点的距离,其阻抗继电器能够准确而快速动作,保证了系统对故障反应的灵敏性,提高了保护的可靠性。     

基于电流差动的直流配电网保护方案

针对直流配电网在发生短路故障时,短路电流上升迅速,直流断路器无法快速动作从而切除故障的问题,首先基于三相两电平电压源换流器构建直流配网的电源模块。分析了单端电源向无源网络供电时发生极间短路故障和单极接地短路故障的故障特征,提出了一种低电压保护和电流差动保护联合的保护方案,并且通过投切后备电源提高了供电的可靠性。最后在PSCAD/EMTDC平台中进行了仿真验证,结果表明在直流配网发生短路故障时,该保护能够快速可靠动作,并具有良好的选择性和灵敏性。     

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。