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汽轮发电机定子绕组内部故障规律和保护方案 |
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由表2可以看出，故障后电机的各个支路电流有较大差别，而短路匝和短路环的电流则相差不大。u0和ifd2的变化受短路空间位置的影响也不大。但io-o受短路的空间位置影响最大且较短路匝比α的影响大。
2.2 不同相支路之间短路
本文仿真计算了发电机空载时4种不同位置的相间短路。其稳态仿真计算结果参见表3。
表3 不同相支路之间短路仿真计算结果
Table 3 Simulation results of internal fault
on different phases |
| 短路种类
| ifd2/A
| u0/V
| io-o/A
|
a1 22.2%对
b1 11.1%短路
| 0.06057
| 0.6400
| 3.72
|
a2 22.2%对
b1 11.1%短路
| 0.08266
| 1.2560
| 72.65
|
a1 22.2%对
b2 11.1%短路
| 0.04825
| 1.1467
| 63.45
|
a2 22.2%对
b2 11.1%短路
| 0.06197
| 0.8800
| 4.21
|
最大值与最小值
的偏差/(%)
| 71.3
| 96.3
| 1853 |
由表3可以看出，虽然短路的方式和短路匝比α基本一样，由于短路所在的支路不同，相间短路时u0，ifd2变化比较大，io-o与其是否包括短路回路电流关系甚大。
2.3 同相不同支路之间短路
为了观测同相不同支路之间短路时，短路空间位置的影响，本文仿真计算了3种不同的短路情况。其稳态仿真计算结果见表4。
表4 同相不同支路之间短路仿真计算结果
Table 4 Simulation results of internal fault
on different branch of the same phase |
| 短路种类
| ifd2/A
| u0/V
| io-o/A
|
a1 22.2%对
a2 11.1%短路
| 0.02732
| 1.069
| 50.68
|
b1 22.2%对
b2 11.1%短路
| 0.02627
| 1.036
| 44.22
|
c1 22.2%对
c2 11.1%短路
| 0.02770
| 1.089
| 40.41
|
最大值与最小值
的偏差/(%)
| 5.4
| 5.1
| 25.4 |
由表4可以看出，u0和ifd2在同相不同分支短路且短路匝比α相同时，短路发生的空间位置对其影响不大，但对io-o的影响较大。
2.4 综合结果
汽轮发电机定子绕组内部短路时，短路的空间位置对故障后各故障特征量的影响较大，且差异程度不一。仿真计算结果为：
a. ifd2和u0随短路的空间位置的变化而变化，其变化范围较大，尤其是在相间短路，其数值变化比较大。
b. io-o受短路的空间位置的影响很大。对于同样的匝比α和短路方式，短路空间位置的影响可能使其数值相差十几倍。
3 汽轮发电机内部故障保护方案
3.1 仿真分析的结论
由于文献［2，6］试验的动模水轮发电机和本文试验的汽轮发电机同属一台机组，只是转子不同（一个是凸极，一个是隐极）。根据本文仿真的结果和文献［2，6］的结果，可以看出2种机组在内部故障时，各故障特征量的变化趋势大致一样。因此本文在讨论汽轮发电机内部故障保护方案时利用了文献［2，6］在负载情况下发电机内部故障的稳态计算结果和本文仿真计算发电机单机空载时的稳态结果以及负载时的实验结果。文献［2］计算动模水轮发电机带负载时定子绕组内部故障的结果参见表5；本文仿真计算动模汽轮发电机单机空载时定子绕组内部故障的结果参见表1～表4；本文试验用动模汽轮发电机带负载时定子绕组内部故障的试验结果参见表6。
表5 动模水轮发电机带负载有功16 kW时定子绕组内部故障稳态计算结果
Table 5 Calculation results of hydro-generator internal fault with 16 kW load
A |
| 短路种类
| ia
| ib
| ic
| ia1
| ia2
| ib1
| ib2
| ic1
| ic2
| io-o
| ifd2
| ia1′
| ia2′
| ib1′
|
a1 40%对2%
短路1)
| 44.2
| 47.5
| 13.0
| 64.3
| 30.0
| 44.8
| 6.6
| 26.1
| 33.8
| 6.6
| 0.41
|
a1 20%对a2
10%短路2)
| 25.0
| 27.9
| 24.8
| 14.8
| 17.7
| 17.2
| 14.8
| 3.8
| 23.4
| 128.0
| 0.04
| 117
| 101
|
a1 20%对b1
10%短路3)
| 20.6
| 36.9
| 24．8
| 15.3
| 15.0
| 32.8
| 11.4
| 5.4
| 26.2
| 19.2
| 0.19
| 230
|
| 215
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注：ia,ib,ic为机端各相电流；ia1′,ia2′,ib1′为发电机中性点侧的分支电流；1)ifd2约占直流量的9.5%；2)ifd2约占直流量的1%；3)ifd2约占直流量的4.4%。 |
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