发电机内部故障

1、 主讲人：肖仕武主讲人：肖仕武 电力工程系四方研究所 Tel: 80794899 Office: 教五-B309 Email: North China Electric Power University 同步电机定子绕组内部 故障分析 大型发电机应该配置的发电机定子绕组内部短路主保护： 1、完全纵差保护，反应相间短路故障； 2、不完全纵差保护，反应相间、匝间短路故障； 3、零序电流型横差（单元件横差），反应相间、匝间短路故 障； 4、裂相横差保护，反应相间、匝间短路故障； 5、故障分量负序方向保护，反应相间、匝间短路故障； 6、纵向基波零序过电压保护，反应相间、匝间短路故障； 对发电机定子绕组

2、内部短路的暂态和稳态过程中的各物理 量的变化进行定性和定量的精确分析，揭示故障后发电机组 各处的电流、电压等电气量的分布及其变化规律，才能对已 有保护方案进行校验。 发电机定子绕组内部故障分析方法 当发电机内部短路故障时，气隙磁场的空间谐波分量很强， 这些谐波磁场的转速各不相同，转向也有正有反，因此感应 出的绕组电势谐波很多。不对称故障后，发电机转子上的阻 尼回路、励磁回路和定子回路之间都有很强的磁场耦合，对 各回路的电流、电压变化都有影响，这些都使发电机内部故 障分析变得十分复杂。 发电机定子绕组内部故障数字仿真分析方法： 1、利用对称分量法进行内部故障分析。 2、建立在相坐标上，把以相绕组

3、为基本分析单元计算得到 的参数按匝数推算发电机电抗来分析定子内部故障。 3、基于多回路理论的发电机定子绕组内部不对称短路分析。 大量的实践证明多回路理论对于分析电机内部不对称状态是 科学、正确的。 多回路法在发电机定子绕组内部故障分析中的应用 多回路理论是以单个线圈为基本元件来描述发电机中定、 转子各回路之间的电磁关系，并根据研究需要，按照线圈 的联接关系组成相应回路，并建立其电磁关系式。这使处 理发电机定转子各种内部故障十分灵活、通用。 多回路分析法的关键是各回路参数的求取，有了精确的 回路参数，理论上可以较为准确地计算定子绕组内部故障 后的各电气量。 利用上述同步发电机定子绕组内部故障稳态

4、数学模型对 实际模拟发电机定子绕组内部故障进行计算，并与实验结 果对比，证明了这种方法的正确性。这种方法已被应用于 多个实际大型水轮发电机组的定子绕组内部故障分析和保 护灵敏度校验。 多回路分析法故障暂态仿真数学模型 多回路分析法故障暂态仿真数学模型 建立一个通用的包括所有支路的电压矩阵方程： sbbbbbbbb uiri dt d MiM dt d u 最后可以得到描述发电机定子绕组内部暂态过程的状态方程： )( sbfl T fbbfl T fbf uBiBrM dt d Bi dt d BMB 采用四阶龙格库塔法进行求解就可以得到各个回路的暂态 电流，也可以求出各个支路电压。 多回路分析

5、法故障暂态仿真数学模型仿真结果验证 空载机端三相短路试验 多回路分析法故障暂态仿真数学模型仿真结果验证 空载定子绕组内部匝间短路试验，匝间故障为A1支路的 85.7%对0%短路。 发电机保护的配置和校验 不同型号的发电机，定子绕组空间布置各异，可能发生短 路的种类和位置大不相同，各种原理的主保护反应这些故 障的灵敏度也不一样，因此对不同的发电机应该设计各自 不同的主保护方案。 （1）发电机内部短路故障主保护的选择； （2）电流互感器的选型。 基于多回路法的发电机内部故障计算理论和程序已可以满 足大型发电机内部故障稳态计算的需要，可用来对实际发 电机中各种可能的故障进行计算，以确定发电机保护的配 置。 发电机内部相间短路计算和纵差保护的校验 发电机短路计算 基于多回路分析的思想，对实际汽轮发电机定子绕组内部故 障暂态过程进行了仿真计算。 发电机内部短路计算和纵向零序过电压保护的校验 对实际汽轮发电机定子绕组内部故障暂态过程进行了仿真计 算，对纵向零序过电压保护进行校验。 外部三 相短路 外部AB 相间短路 发电机机端故障分量的三相总负序功率为： 2 2 2 22 33 2 . IUReIURP e j e sen 微机故障分量负序方向保护的动作判据为： p