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

同步發(fā)電機(jī)砸間短路故障數(shù)學(xué)模型分析

第３４卷第１８期２０１０年９月２５日

電力系統(tǒng)自動(dòng)化

ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃ

ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ

Ｖ０１．３４Ｎｏ．１８

Ｓｅｐｔ．２５，２０１０

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組匝間短路故障穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型及仿真

郝亮亮，孫宇光，邱阿瑞，王祥珩

（電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)電機(jī)系，北京市１０００８４）

摘要：勵(lì)磁繞組匝間短路故障會(huì)造成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增大、輸出無(wú)功功率減小、振動(dòng)加劇等。為實(shí)現(xiàn)故障在線監(jiān)測(cè)與保護(hù)，需準(zhǔn)確快速計(jì)算故障電流等電氣量。應(yīng)用交流電機(jī)的多回路理論，基于對(duì)故障時(shí)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(dá)式；根據(jù)同頻率量相等的原則，將穩(wěn)態(tài)時(shí)的微分方程組轉(zhuǎn)化為線性代數(shù)方程組，得到勵(lì)磁繞組匝間短路故障的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)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(shí)現(xiàn)故障的穩(wěn)態(tài)計(jì)算。對(duì)一

臺(tái)１２ｋＷ、３對(duì)極的隱極同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行了空載時(shí)勵(lì)磁繞組匝間短路實(shí)驗(yàn)，穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻

合較好。該方法可比暫態(tài)仿真減少９０％的計(jì)算時(shí)間，為同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組匝間短路故障的監(jiān)測(cè)與保護(hù)奠定了基礎(chǔ)。

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

０

引言

隨著中國(guó)電網(wǎng)的迅猛發(fā)展及發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的

仿真自故障發(fā)生到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的整個(gè)過(guò)渡過(guò)程，但對(duì)于定子支路數(shù)、極對(duì)數(shù)、阻尼回路數(shù)多的電機(jī)，通過(guò)暫態(tài)計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)量會(huì)花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，在實(shí)際應(yīng)用中存在局限性。

本文基于同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組匝間短路故障的穩(wěn)態(tài)電氣量特點(diǎn)，建立勵(lì)磁繞組匝聞短路的穩(wěn)態(tài)多回路數(shù)學(xué)模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的準(zhǔn)確、快速仿真。

１

不斷增大，人們對(duì)發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行提出了越來(lái)越高的要求。勵(lì)磁繞組匝間短路是發(fā)電機(jī)經(jīng)常發(fā)生的電氣故障，輕微的匝間短路不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響，但如果故障繼續(xù)發(fā)展，，會(huì)造成發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增大、輸出無(wú)功功率減小、振動(dòng)加劇等不良影響。短路點(diǎn)處局部過(guò)熱還可能使故障演化為轉(zhuǎn)子接地故障，給機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大威脅Ｌ１］。

利用發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的電氣量實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁繞組匝間短路故障的在線監(jiān)測(cè)與保護(hù)是今后的研究趨勢(shì)心］。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須先解決故障的準(zhǔn)確計(jì)算問(wèn)題，進(jìn)而完成短路匝數(shù)的確定及短路位置的判斷。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)故障檢測(cè)提出了很多方法，但都局限于定性的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究Ｌ３呻】。

多回路分析法［１０］按照電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組的實(shí)際連接情況分析各回路的電壓和磁鏈關(guān)系。在計(jì)算由多個(gè)線圈串、并聯(lián)而成的繞組回路參數(shù)時(shí)，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(chǎng)，其正確性經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)１１１｜，成功解決了定子繞組內(nèi)部故障的計(jì)算問(wèn)題，并應(yīng)用于發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障主保護(hù)的定量化設(shè)計(jì)中¨２｜。

在勵(lì)磁繞組匝間短路故障的監(jiān)測(cè)與保護(hù)中，更關(guān)注故障電氣量的穩(wěn)態(tài)特征及大小，暫態(tài)計(jì)算雖能

同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組匝間短路故障的穩(wěn)

態(tài)數(shù)學(xué)模型

本文各電磁量正方向的規(guī)定同文獻(xiàn)［１０］，即定子各支路正值電流產(chǎn)生負(fù)值磁鏈，其電壓、電流關(guān)系按發(fā)電機(jī)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(dòng)機(jī)慣例。

１．１

回路（支路）的電壓方程和磁鏈方程

同步發(fā)電機(jī)發(fā)生勵(lì)磁繞組匝間短路后，如圖１

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

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勵(lì)磁繞組匝間短路時(shí)勵(lì)磁回路

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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（

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磁電動(dòng)勢(shì)不再相等，會(huì)引起相繞組內(nèi)部的不平衡電

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萬(wàn)方數(shù)據(jù)

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