基于内部故障仿真的可变速抽水蓄能发电电动机定子侧主保护优化配置研究

大型可变速抽水蓄能机组具有交流励磁和变速恒频发电的特点,研究其内部故障仿真建模方法对明确其主保护最优配置方案有实用意义。首先,基于分支电压方程和磁链方程建立可变速抽水蓄能发电电动机的通用数学计算模型,能够实现对并网满载工况下定子绕组内部短路故障和开焊断线故障的暂态仿真。仿真结果中两类故障的故障特征与理论分析一致,验证了该数学计算模型的正确性。然后,根据定子绕组的绕线规律分析可能发生的短路故障和断线故障情况,利用所建立的数学模型对所有故障情况进行仿真计算。最后,经定量化分析比较,发现主保护配置方案为：“零序横差电流保护+裂相横差电流保护+完全纵差电流保护”时保护覆盖范围最大。     

基于FFT-LSTM的变速抽蓄机组转子绕组短路故障和偏心故障诊断方法

变速抽水蓄能机组是适应系统功率波动的重要调节手段。转子绕组短路故障和转子偏心故障是其常见的故障类型,两种故障均会在定子侧感应生成特征频带相近的谐波环流,导致两种故障难以被区分。提出了一种基于快速傅里叶变换-长短期记忆(fast Fourier transform-long short-term memory, FFT-LSTM)网络的故障诊断方法,以细化分辨故障特征相近的转子绕组短路故障和转子偏心故障。所提方法以定子分支环流的谐波分量为特征量进行故障诊断,分别推导了两种故障发生时定子侧环流谐波特征,并总结二者间的相似性和差异性。鉴于该差异较为微弱,引入长短期记忆(longshort-termmemory, LSTM)神经网络算法对其进行辨识。利用内部故障仿真模型对可能发生的转子绕组短路故障和偏心故障进行批量仿真,以得到用于LSTM网络训练和测试的数据集。仿真结果表明FFT-LSTM能够准确诊断不同转速下变速抽蓄机组的转子绕组短路故障和转子偏心故障。     

基于多回路理论的交流励磁电机定子绕组内部故障仿真与实验研究

交流励磁电机能实现变速恒频发电,适用于变速抽水蓄能机组,研究其内部故障特点与传统直流励磁同步电机的区别具有理论意义与实用价值。该文应用多回路理论分析交流励磁电机的定子绕组内部故障,首先建立交流励磁电机的多回路数学模型,实现对故障的暂态仿真;在12kW交流励磁样机上进行单机空载和单机带电阻负载2种不同工况下,不同短路类型的定子绕组内部故障实验,实验和仿真的对比验证数学模型的正确性。根据仿真和实验分析交流励磁样机定子绕组内部故障时的特征,即定子侧不产生新的频率分量,而转子绕组中出现反转基波磁场引起的负序电流。该文的研究为交流励磁电机内部故障主保护方案的设计奠定了理论基础。     

基于重复脉冲法的变速抽蓄机组转子绕组短路故障诊断方法

变速抽蓄机组的转子侧采用特殊的三相交流绕组结构,导致其转子绕组短路故障诊断困难。为此,提出了一种基于重复脉冲法(repetitive surge oscillograph, RSO)的离线故障诊断方法。首先设计了重复脉冲法在变速抽蓄机组中的应用方案,通过在转子三相同时注入低压脉冲并检测响应曲线来判断机组故障情况。基于不同短路故障的响应特性分析,提出了转子绕组短路故障类型和故障相别的识别方法。然后,结合变分模态分解与Teager能量算子(variational mode decomposition-teager energy operator, VMD-TEO)估计注入脉冲和特征曲线的起始突变位置,并通过时间差值和实测波速确定故障位置。最后,利用指数还原故障因子衡量匝间短路故障的严重程度,以解决克服行波衰减引起的特征波形幅值重叠问题。仿真结果表明,所提方案能准确诊断变速抽蓄机组的各种转子绕组短路故障。     

基于环流时频图谱的抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路故障诊断

抽水蓄能机组作为关键电气设备，其运行连续性与可靠性对构建新型电力系统意义重大。针对抽水蓄能机组励磁绕组匝间短路故障的状态监测易受动/静偏心及电枢反应影响，早期故障特征难以有效辨识的问题，该文提出一种基于环流时频图谱的励磁绕组匝间短路故障诊断方法。首先，根据抽水蓄能机组的结构特点及电磁感应关系，推导了动/静偏心及静偏心复合励磁绕组匝间短路状态下的同相多支路环流公式，得到了各状态下的环流特征谐波；其次，搭建了发电容量为334 MV·A的抽水蓄能机组二维有限元仿真模型，计算了动/静偏心及不同匝间短路程度下的同相分支环流大小，绘制了相应的时域、频域及时频图谱，通过对比实验验证了环流时频图谱可从时间、频率角度全面解析故障特征，有效区分偏心、电枢反应干扰与匝间短路故障；最后，基于凸极同步发电机模拟实验平台，模拟了不同故障程度的匝间短路运行状态，采集了同相支路电流数据用于环流时频图谱分析，实验结果证明了该方法可有效排除静偏心及电枢反应干扰，并以包含运行时间、特征频率及信号强度的三维图谱信息直观地展示机组的运行状态。     

可变速抽水蓄能发电电动机非正弦励磁时间谐波分析及其影响

可变速抽水蓄能发电电动机转子采用三相绕组,通过变频器实现交流励磁。可变速抽水蓄能发电电动机关键技术研究对国内企业实现自主研发具有重要意义。本文从可变速抽水蓄能发电电动机基本数学模型出发,建立了转子绕组非正弦励磁谐波分析模型,获得了该模型基本方程,在此基础上对谐波磁势进行了讨论分析,研究了时间谐波磁势对可变速抽水蓄能发电电动机运行性能的影响。分析表明,可变速抽水蓄能发电电动机设计时需要考虑非正弦励磁的影响,从而增强机组运行安全可靠性。     

可变速抽水蓄能发电电动机转子绕组槽部固定结构设计及应力分析

可变速抽水蓄能发电电动机转子绕组采用条式线棒,均匀分布在转子槽中.机组运行时,转子绕组在自身重力、电磁力、热应力、离心力等作用力下,将产生振动、变形、窜动等现象,从而造成转子绕组绝缘破坏,绝缘寿命降低,影响机组长期安全运行.本文针对转子绕组槽部固定结构提出一种新型槽楔结构,并以10MW与300MW可变速抽水蓄能发电电动机为例,对该结构进行应力分析,进而确定材料选型.研究结果表明,该结构具有足够的刚强度,能够承受转子绕组传递的作用力.     

发电机转子绕组匝间短路的故障分析

转子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、转子振动加剧等不良影响,如不及时处理会给机组的安全运行带来巨大威胁,而解决这一问题必须先解决发电机转子绕组匝间短路的故障分析.针对某型隐极式同步发电机,应用交流电机的多回路理论,建立了该型发电机转子绕组匝间短路故障时的数学模型,并计算了与模型有关的所有回路电感参数.通过仿真和试验结果的对比验证了该方法的有效性,可准确计算故障时的电流等电气量,为发电机转子绕组匝间短路时的故障分析奠定了基础.     

全功率变速抽水蓄能机组保护配置及整定方法

正确的保护配置和整定方法是全功率变速抽水蓄能机组安全运行的关键。结合典型全功率变速抽水蓄能机组接线方式,在分析机组运行特性的基础上,提出了适用于各种运行状态的保护配置方法;分析了变频器对机组短路特性的影响;在此基础上,提出了将复压过流保护作为特殊区域的主保护,并给出了适用的保护整定计算方法。所提出的保护配置和整定方法在春厂坝变速抽水蓄能示范电站得到了应用。     

抽水蓄能发电机励磁绕组匝间短路的环流特性分析

针对抽水蓄能发电机励磁绕组匝间短路早期故障特征易被掩盖的问题，本文对其电枢绕组同相支路环流特性进行分析。首先，根据抽水蓄能发电机运行过程，推导了励磁绕组匝间短路状态下的同相多支路环流公式，得到了匝间短路故障所引起的环流特征谐波；其次，本文选择一台发电容量为334MVA的抽水蓄能发电机作为研究对象，搭建了二维有限元仿真模型，计算了不同故障程度下的气隙磁密大小，验证了所建模型的正确性；最后，根据所建有限元模型，对不同故障程度下的同相分支环流进行分析，并绘制了相应的时域图谱及频域图谱，实验结果证明了环流特征分布可有效用作励磁绕组匝间短路辨识的判据，该方法对早期微弱匝间短路故障检测具有较高的灵敏度。     

基于并联支路环流特征的转子匝间短路故障识别

汽轮发电机转子绕组匝间短路是一种常见的发电机故障,为了对其进行状态监测和故障识别,提出了基于定子绕组并联支路环流特性的汽轮发电机转子绕组匝间短路故障识别方法。通过分析汽轮发电机正常运行及转子匝间短路故障运行时各参数的变化,得到了定子绕组并联支路电压差和环流特性,即理想电机在正常运行时不存在电压差和环流,而转子匝间短路故障导致发电机定子绕组并联支路之间出现了电压差和环流,其大小和分布与短路严重程度呈对应关系。最后,实测了MJF-30-6型故障模拟发电机正常运行及故障运行时的环流信号,与理论分析结果基本符合。     

基于序网等值电路的双馈风电机组接入系统短路电流计算方法

为了方便和准确地计算双馈风电机组(DFIG)接入系统的短路电流分布,提出了投撬棒后DFIG的工频和转频序网等值电路,并给出了利用该等值电路计算系统短路电流的方法。通过求解投撬棒后DFIG磁链的状态微分方程,得到其工频分量和转频分量的解析表达式。在此基础上,将DFIG的电压空间矢量方程按转频和工频分量进行分解,并根据空间矢量与相量间的关系,分别形成了转频和工频序网等值电路。其中,转频正序、负序等值电路分别为带内阻抗的电势和无源阻抗,而工频正序、负序等值电路均为无源阻抗。利用该等值电路只需已知DFIG的电机参数和故障初值条件而无需仿真即可求得DFIG接入系统各处的短路电流。以某DFIG接入系统为例,通过PSCAD仿真验证了该等值电路和短路计算方法在不同故障条件下的有效性。     

基于主保护不平衡电流有效值的转子匝间短路故障监测

为利用发电机主保护所配电流互感器来监测励磁绕组匝间短路故障,以三峡VGS发电机为例,采用多回路方法对故障后进入各主保护的不平衡电流进行了计算与分析;在此基础上,指出利用不平衡电流中的单次谐波进行故障监测的不足,由此提出基于主保护不平衡电流有效值的励磁绕组匝间短路故障监测原理;通过对不同短路匝比故障的计算与理论分析,指出...     

变速抽蓄机组转子绕组接地故障保护及定位方法

变速抽蓄机组转子绕组采用三相交流励磁的特殊结构,导致现有的转子接地保护方法不再适用。为此,提出一种变速抽蓄机组转子绕组接地故障的保护及定位方法。通过在转子滑环外经限流电阻接注入式装置构成转子接地保护的方案。基于注入式原理,提出对地电容参数和故障电阻的在线计算方法,根据接地故障电阻大小判断是否发生接地故障并确定保护出口方式。根据转子转向和转速大小考虑转子绕组电势的相位分布,将故障相绕组各槽导体连接处视为虚拟故障点并计算其对应的参考电势比值。比较实际电势比值与各虚拟故障点的参考电势比值,将差异最小的虚拟故障点视为故障位置,实现接地故障定位。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性。     

Negative-sequence Component Analysis of an AP1000 Nuclear Turbo-generator in an Internal Short-circuit Condition

Abstract—This article analyzes the fault location, negative-sequence component, and current harmonic content of the first AP1000 third-generation 1250-MVA nuclear half-speed (four-pole) turbo-generator with internal phase faults. To this end, the internal armature winding fault of an AP1000 turbo-generator is systemically explored by using both an experimental method and the field-circuit coupling simulation method. The internal phase short circuit is one of the worst faults that a generator can experience; such a fault may have serious consequences for nuclear power large-capacity turbo-generators because of the severe mechanical and heat damage caused by the high current. To understand these problems, the possible position of the internal short circuit is investigated in detail according to the winding arrangement of the AP1000 turbo-generator, and the internal short-circuit faults of two branches from different phases are calculated. Furthermore, the negative-sequence current can be captured by analyzing each harmonic of the short-circuit current. In addition to the calculations, the steady-state negative-sequence component and degree of asymmetry of the internal phase short-circuit current in different fault locations are also obtained. The results significantly enhance the accuracy assessment of a large-capacity generator imbalance and provide a theoretical reference for the protection of a large-capacity generator system.     

柘溪250 MW水轮发电机主保护配置方案设计

多分支发电机定子绕组形式的差异导致了发电机不同的内部故障形式,主保护配置方案的设计需要针对具体故障集的整体保护效果展开研究,以确定发电机中性点引出方式和主保护配置原则。文章以湖南省柘溪水力发电厂扩建工程中250MW水轮发电机为对象,基于实际内部短路故障集内故障的保护效果分析,确定了主保护配置方案,可作相关工程参考。     

发电机转子绕组短路检测方法

通过对发电机转子绕组匝间短路、绕组接地故障的分析,提出了利用传统的交流阻抗、直流电阻测量,结合转子极电压平衡和绕组频谱特性曲线测试,检测发电机转子故障的新方法。     

1 000 MW汽轮发电机转子绕组匝间短路故障诊断与分析

发电机转子绕组匝间短路故障由于发生次数多、故障诊断难度大、故障后果严重等原因,严重威胁电厂电气主设备的安全稳定运行。因此,如何准确诊断大型汽轮发电机转子绕组匝间短路故障就成了电力行业亟待解决的难题之一。文中首先介绍了转子匝间发生短路故障的原因、故障的分类和故障的分析诊断方法等内容,接着以一起刚投产的1 000 MW汽轮发电机转子绕组匝间发生短路故障的案例为基础,说明了转子匝间短路故障的诊断方法和过程。根据电气试验的结果和现场检查情况,确定转子线圈拐角处铜线打磨不充分是造成转子匝间发生短路故障的主要原因。