分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機內(nèi)部故障建模及暫態(tài)電磁問題研究

分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機內(nèi)部故障建模及暫態(tài)電磁問題研究大型同步發(fā)電機是發(fā)電站及系統(tǒng)的核心裝備之一,保證其平穩(wěn)正常的運行是維持整個電力系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的重要前提。定子繞組短路是發(fā)電機常見的且破壞力嚴(yán)重的故障形式,因此,大型同步發(fā)電機內(nèi)部短路故障分析計算及其主保護(hù)配置方案研究一直是國內(nèi)外關(guān)注和研究的熱點。為了解決大型同步發(fā)電機容量、電壓和轉(zhuǎn)速不匹配的問題,新型的分?jǐn)?shù)極路比交流繞組在國內(nèi)某抽水蓄能電站得以應(yīng)用。本文以大型分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機為研究對象,對其內(nèi)部故障數(shù)學(xué)模型的建立,故障后阻尼渦流損耗和鐵心動態(tài)電磁力的計算,以及主保護(hù)方案的配置等新課題進(jìn)行了研究。推導(dǎo)了分?jǐn)?shù)極路比繞組變節(jié)距定子線圈間互感、定子和阻尼以及定子和勵磁回路互感計算公式。給出了適用于典型內(nèi)部故障的通用回路變換矩陣,建立了分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機內(nèi)部故障的多回路模型。該模型考慮了氣隙磁場諧波和繞組空間排布對仿真結(jié)果的影響,并通過修正短路線圈的磁導(dǎo)系數(shù),提出了處理鐵心局部飽和對故障電流影響的方法。所建立的多回路模型同樣適用于常規(guī)繞組同步發(fā)電機內(nèi)部故障的分析。提出了大型同步發(fā)電機內(nèi)部故障的精確場路耦合模型。依據(jù)定子線圈的實際結(jié)構(gòu),將場路耦合模型中的每個定子線圈進(jìn)行拆分,建立了定子線圈的局域化模型?？稍诰€圈局域化模型間建立更加接近實際短路位置的故障點,區(qū)別仿真發(fā)生在端部和槽內(nèi)的短路故障,對故障電流進(jìn)行精確地仿真計算。提出了大型同步發(fā)電機內(nèi)部故障模型的旋轉(zhuǎn)耦合技術(shù),簡化了定轉(zhuǎn)子相對運動問題的處理方法。依據(jù)分?jǐn)?shù)極路比繞組的實際展開結(jié)構(gòu),建立了大型分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機的精確場路耦合模型。對一臺實際模擬同步發(fā)電機進(jìn)行了空載、三相突然短路和同相同分支匝間短路動模實驗,驗證了精確的場路耦合法數(shù)學(xué)模型的正確性。以某大型分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機為例,分別利用本文提出的多回路模型和精確的場路耦合模型對該發(fā)電機各種典型內(nèi)部故障進(jìn)行仿真計算,將多回路模型計算結(jié)果和經(jīng)實驗驗證的場路耦合模型結(jié)果對比,驗證了本文提出的分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機內(nèi)部故障多回路模型的有效性。研究了多回路模型分析同相同分支匝間短路時,鐵心局部飽和對故障電流的影響,給出了局部飽和系數(shù)在不同短路匝數(shù)時的一般范圍。開發(fā)了水電站發(fā)電機內(nèi)部短路分析計算及其主保護(hù)配置研究程序。統(tǒng)計了某大型分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機所有可能發(fā)生的內(nèi)部短路故障信息,建立了該發(fā)電機的精確的場路耦合模型,并對8856種短路故障進(jìn)行了全面地仿真計算。研究了采用正常阻尼和簡化阻尼兩種結(jié)構(gòu)及發(fā)生在槽內(nèi)和端部兩種不同的短路位置得到的仿真結(jié)果對分析零序電流型橫差、裂相橫差和不完全縱差保護(hù)靈敏動作率的影響,提出了改進(jìn)的簡化阻尼繞組結(jié)構(gòu),適當(dāng)?shù)靥岣吡朔抡婢?。最?為某電站大型分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機推薦了主保護(hù)方案。對某電站分?jǐn)?shù)極路比同步發(fā)電機內(nèi)部故障后的阻尼繞組渦流損耗和定子鐵心局部電磁力進(jìn)行了全面地分析計算。針對易形成保護(hù)死區(qū)的小匝數(shù)同相同分支匝間短路故障,指出了故障后阻尼渦流損耗隨時間的變化規(guī)律和空間分布規(guī)律,找到了渦流損耗的集中位置,給出了短路時d軸位置和短路匝數(shù)對阻尼繞組渦流損耗的影響。對比研究了同相異分支和相間短路后阻尼繞組渦流損耗的變化規(guī)律。找到了故障后定子齒頂和齒壁局部電磁力的