一种发电机内部故障模拟系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统仿真模拟领域，具体涉及一种发电机内部故障模拟系统及其方法，将发电机定子、转子抽头都引入到故障模拟屏的接线盘，通过６个故障位置开关确定内部故障的位置及故障形式，故障位置开关与绕组抽头的连接可以灵活调整，以满足模拟故障试验的需要。发电机内部故障模拟与机端等外部故障模拟共用一组选相开关和故障开关，通过切换开关ＫＤ进行切换。本发明专利技术的系统可以模拟发电机端部故障、中性点侧故障及保护区外故障，发电机外部故障模拟与内部故障模拟共用一组选相开关和故障开关，它们共同构成发电机故障模拟系统，为研究发电机内部故障的特点提供了一个功能齐全的试验平台。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统仿真模拟领域，具体涉及。
技术介绍
大型发电机在电力系统中占据电能生产的主导地位，其安全可靠运行是保证电网 向整个社会提供优质电能的重要条件。由于发电机内部故障的破坏性很大，为了减轻它的 损害，保证发电机的运行安全，就要提高对发电机内部故障的保护能力。 发电机的定子与转子间有相对运动，使得电机电路的电感参数大多具有时变性， 电机的磁路由铁心和气隙等组成，绕组大多是分布的，这使得它的气隙磁场比较复杂，当电 机正常运行和外部不对称(包括外部故障)时，气隙磁场以空间基波为主，但发电机发生内 部故障时其气隙磁场谐波很强，这时发电机的电感参数不但受铁心饱和的影响还要受到谐 波的影响。 当发电机端部发生三相突然短路时影响故障观测量的是超瞬变电抗，而端部三相 稳态短路时影响故障观测量的则是同步电抗，所以三相突然短路电流比稳态短路电流要大 几倍。但是，当发电机定子绕组内部出现故障时情况则有所不同，即使是稳态内部故障，由 于气隙磁场有各种频率的序分量，阻尼绕组仍然有感应电流产生。所以发电机发生内部故 障时，瞬态电流与稳态电流相比不会有发电机端部三相短路时那样大的差值。严格地讲，发 电机定子绕组内部瞬态短路时，不仅定子各支路电流不相等，不同极的各阻尼回路电流也 不相同，由于发电机结构的复杂性，所以当发电机发生内部故障时，各电量瞬态时与稳态时 的变化规律到底有哪些不同，直接从概念推理或通过简单的计算是难以确定的，只有通过 动态模拟试验才能获得准确数据。 中国专利申请200810048990公开了一种发电机内部故障暂态仿真模型及其建模 方法和应用，涉及一种发电机内部故障暂态仿真模型。发电机的定子为a、b、c三相，每相各 分支都分别等效为电感和电阻的串联形式；根据定子、转子各回路的电压和磁链关系，列写 方程，得到微分方程组形式的数学模型，通过求解微分方程组，即可得到发电机定子绕组暂 态电流和电压数值；发电机转子的阻尼绕组，只计及奇数转子极面下的阻尼绕组，并且将每 个奇数转子极面下阻尼绕组等效为2根阻尼棒的形式。 上述专利技术专利的主要缺点是在建模过程中要把发电机作为理想电机考虑，这是发 电机进行数字仿真计算的基础，既把复杂的非线形问题进行线形化处理，在此过程中又要 进行了一系列的简化处理，虽然在工程应用上有一定的使用价值，其计算结果无法直接得 到验证，只能做定性分析使用，做定量分析还需要做更多的工作。 目前，大型发电机内部故障主保护配置的纵差保护，通常以发电机端两相短路试 验校合灵敏度系数K，，通常认为只要Ksm大于一个值，发电机定子绕组任何相间短路都能 灵敏动作。由于发电机三相绕组在定子铁心中相互交错，分布复杂，绕组各部分互感大小不 同，发电机定子绕组内部故障时，绕组的分布、连接方式、发生故障的空间位置对故障观测量的影响很大，因此发电机内部发生相间短路不能等同于机端相间短路。既发电机内部相 间短路保护灵敏度系数不能简单的用机端相间短路电流来确定。此外，由于发电机外部发 生短路故障，理论上不会有横差电流，因此如果没有发电机内部故障模拟系统就没有办法 对内部故障的横差保护方案如单元件横差、裂相横差等保护的灵敏度进行分析校核。 无论是研究发电机内部故障对电气量的影响，还是验证发电机主保护对内部故障 的保护能力及动作的灵敏性、可靠性，都需要有一个能够模拟发电机各种内部故障的模拟 系统来满足科研与生产日益增长的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一个与真实运行工况相一致的试验平台，可以根据需要模拟 各种发电机内部故障的发电机内部故障模拟系统。 本专利技术提供了一种发电机内部故障模拟系统，包括一台模拟发电机、故障模拟屏 1、故障模拟屏2和控制系统，所述模拟发电机的定子绕组、转子绕组都预留有绕组抽头， 定子绕组AA以发电机中性点为基准基本在1. 19%、2. 38%、4. 76%、9. 52%处抽头，定子 绕组4乂2以发电机中性点为基准基本在1. 19%、2. 38%、4. 76%、9. 52%、25%、90. 48%、 92. 86%、95. 24X处抽头，转子绕组BA以发电机中性点为基准基本在1. 19%、2. 38%、 4. 76%、25%处抽头，以便做发电机定子匝间故障试验； 以发电机转子绕组负电压端为基准在转子绕组的20%、50%处抽头，通过滑环引 出，从而可以进行转子绕组的一点接地，两点接地和匝间短路故障试验； 所有绕组抽头都通过连接电缆与故障模拟屏1的接线板连接，具体的连接关系 是定子绕组AA以发电机中性点为基准基本在1. 19%、2. 38%、4. 76%、9. 52%处的4个 抽头，定子绕组4&以发电机中性点为基准基本在1. 19%、2. 38%、4. 76%、9. 52%、25%、 90. 48% 、92. 86% 、95. 24 %处的8个抽头，定子绕组以发电机中性点为基准基本在 1. 19%、2. 38%、4. 76%、25%处的4个抽头，共计有16个定子绕组抽头分别与故障模拟屏1 的接线板的16个铜螺栓相连接，以转子绕组负电压端为基准在转子绕组的20%、50%处的 2个抽头也分别与故障模拟屏1的接线板的2个铜螺栓相连接，接线板共有18个铜螺栓与 发电机的定、转子绕组的18个抽头相连接，三相故障位置开关Kl K6分别与接线板的18 个铜螺栓相连接，接线板用于三相故障位置开关Kl K6与接线板的18个铜螺栓之间的过 渡作用，从而使得发电机的定、转子绕组的18个抽头通过接线板与三相故障位置开关K1 K6完成连接。 通过故障模拟屏1中的接线板与障模拟屏1中的故障位置开关Kl K6相连接， 故障模拟屏1通过故障模拟屏2中的转换开关KD与故障模拟屏2中的故障开关KG和选相 开关KA、KB、KC和KN相连通，故障模拟屏1和故障模拟屏2通过控制电缆与控制系统连接， 从而完成发电机内部故障的模拟操作，通过设置上述故障位置开关K1 K6的闭合确定内 部故障的位置及故障形式，故障位置开关K1 K6与绕组抽头的连接可以灵活调整，以满足 模拟故障试验的需要，模拟发电机的内部故障模拟与模拟发电机的机端等外部故障模拟共 用一组选相开关和故障开关，通过切换开关KD进行切换。 其中，该系统的内部故障位置可进行灵活的变换，由于发电机的定子绕组抽头及 转子绕组抽头分布在不同的位置上，所有绕组抽头都通过故障模拟屏1和故障模拟屏2的接线板与故障位置开关Kl K6相连接，故障位置开关Kl K6为三相开关，其中每一个开 关都连接有三个绕组抽头，通过选相开关KA、 KB、 KC、 KN使其中两个抽头直接短路或接地， 就具有8种故障组合，六个位置开关Kl K6就具有48种故障组合。 其中，还可通过调整所述接线板的顺序得到更多的故障组合方式，只要选择不同 的位置开关，通过选相开关KA、 KB、 KC、 KN就可灵活变换内部故障的位置。 其中，所述模拟发电机的机端装有一组电流互感器CT3，每相绕组的2个支路的中 性点侧各装有一组电流互感器CT1和CT2、定子绕组的Yl支路的中性点与Y2支路的中性点 之间跨接一只电流互感器CTO，模拟发电机的机端另装有一组专用电压互感器PTl，其用于 模拟发电机纵向零序的电压保护，模拟发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电机内部故障模拟系统，其特征在于，包括一台模拟发电机、故障模拟屏１、故障模拟屏２和控制系统，所述模拟发电机的定子绕组、转子绕组都预留有绕组抽头，定子绕组Ａ↓［１］Ｘ↓［１］以发电机中性点为基准基本在１．１９％、２．３８％、４．７６％、９．５２％处抽头，定子绕组Ａ↓［２］Ｘ↓［２］以发电机中性点为基准基本在１．１９％、２．３８％、４．７６％、９．５２％、２５％、９０．４８％、９２．８６％、９５．２４％处抽头，转子绕组Ｂ↓［１］Ｙ↓［１］以发电机中性点为基准基本在１．１９％、２．３８％、４．７６％、２５％处抽头，以便做发电机定子匝间故障试验；以发电机转子绕组负电压端为基准在转子绕组的２０％、５０％处抽头，通过滑环引出，从而可以进行转子绕组的一点接地，两点接地和匝间短路故障试验；所有绕组抽头都通过连接电缆与故障模拟屏１的接线板连接，具体的连接关系是定子绕组Ａ↓［１］Ｘ↓［１］以发电机中性点为基准基本在１．１９％、２．３８％、４．７６％、９．５２％处的４个抽头，定子绕组Ａ↓［２］Ｘ↓［２］以发电机中性点为基准基本在１．１９％、２．３８％、４．７６％、９．５２％、２５％、９０．４８％、９２．８６％、９５．２４％处的８个抽头，定子绕组Ｂ↓［１］Ｙ↓［１］以发电机中性点为基准基本在１．１９％、２．３８％、４．７６％、２５％处的４个抽头，共计有１６个定子绕组抽头分别与故障模拟屏１的接线板的１６个铜螺栓相连接，以转子绕组负电压端为基准在转子绕组的２０％、５０％处的２个抽头也分别与故障模拟屏１的接线板的２个铜螺栓相连接，接线板共有１８个铜螺栓与发电机的定、转子绕组的１８个抽头相连接，三相故障位置开关Ｋ１～Ｋ６分别与接线板的１８个铜螺栓相连接，接线板用于三相故障位置开关Ｋ１～Ｋ６与接线板的１８个铜螺栓之间的过渡作用，从而使得发电机的定、转子绕组的１８个抽头通过接线板与三相故障位置开关Ｋ１～Ｋ６完成连接。通过故障模拟屏１中的接线板与障模拟屏１中的故障位置开关Ｋ１～Ｋ６相连接，故障模拟屏１通过故障模拟屏２中的转换开关ＫＤ与故障模拟屏２中的故障开关ＫＧ和选相开关ＫＡ、ＫＢ、ＫＣ和ＫＮ相连通，故障模拟屏１和故障模拟屏２通过控制电缆与控制系统连接，从而完成发电机内部故障的模拟操作，通过设置上述故障位置开关Ｋ１～Ｋ６的闭合确定内部故障的位置及故障形式，故障位置开关Ｋ１～Ｋ６与绕组抽头的连接可以灵活调整，以满足模拟故障试验的需要，模拟发电机...

【技术特征摘要】
一种发电机内部故障模拟系统，其特征在于，包括一台模拟发电机、故障模拟屏1、故障模拟屏2和控制系统，所述模拟发电机的定子绕组、转子绕组都预留有绕组抽头，定子绕组A1X1以发电机中性点为基准基本在1.19％、2.38％、4.76％、9.52％处抽头，定子绕组A2X2以发电机中性点为基准基本在1.19％、2.38％、4.76％、9.52％、25％、90.48％、92.86％、95.24％处抽头，转子绕组B1Y1以发电机中性点为基准基本在1.19％、2.38％、4.76％、25％处抽头，以便做发电机定子匝间故障试验；以发电机转子绕组负电压端为基准在转子绕组的20％、50％处抽头，通过滑环引出，从而可以进行转子绕组的一点接地，两点接地和匝间短路故障试验；所有绕组抽头都通过连接电缆与故障模拟屏1的接线板连接，具体的连接关系是定子绕组A1X1以发电机中性点为基准基本在1.19％、2.38％、4.76％、9.52％处的4个抽头，定子绕组A2X2以发电机中性点为基准基本在1.19％、2.38％、4.76％、9.52％、25％、90.48％、92.86％、95.24％处的8个抽头，定子绕组B1Y1以发电机中性点为基准基本在1.19％、2.38％、4.76％、25％处的4个抽头，共计有16个定子绕组抽头分别与故障模拟屏1的接线板的16个铜螺栓相连接，以转子绕组负电压端为基准在转子绕组的20％、50％处的2个抽头也分别与故障模拟屏1的接线板的2个铜螺栓相连接，接线板共有18个铜螺栓与发电机的定、转子绕组的18个抽头相连接，三相故障位置开关K1～K6分别与接线板的18个铜螺栓相连接，接线板用于三相故障位置开关K1～K6与接线板的18个铜螺栓之间的过渡作用，从而使得发电机的定、转子绕组的18个抽头通过接线板与三相故障位置开关K1～K6完成连接。通过故障模拟屏1中的接线板与障模拟屏1中的故障位置开关K1～K6相连接，故障模拟屏1通过故障模拟屏2中的转换开关KD与故障模拟屏2中的故障开关KG和选相开关KA、KB、KC和KN相连通，故障模拟屏1和故障模拟屏2通过控制电缆与控制系统连接，从而完成发电机内部故障的模拟操作，通过设置上述故障位置开关K1～K6的闭合确定内部故障的位置及故障形式，故障位置开关K1～K6与绕组抽头的连接可以灵活调整，以满足模拟故障试验的需要，模拟发电机的内部故障...

【专利技术属性】
技术研发人员：董明会，周泽昕，周春霞，杜丁香，李明，杨国生，詹智华，项灿芳，贾琰，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]