特大型水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)及其動(dòng)模試驗(yàn)新技術(shù).pdf

1、隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，以長(zhǎng)江三峽電站為代表的一大批裝設(shè)有特大型水輪發(fā)電機(jī)組的水電工程已投入運(yùn)行和開工建設(shè)。特大型水輪發(fā)電機(jī)組將逐漸成為我國水力發(fā)電的主要力量，其安全運(yùn)行與否將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。并且特大型水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，因此研發(fā)性能優(yōu)異的特大型水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是我國繼電保護(hù)技術(shù)人員的重要任務(wù)。論文圍繞著特大型水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的研發(fā)以及若干的關(guān)鍵性技術(shù)問題，包括：動(dòng)態(tài)物理模型系

2、統(tǒng)的構(gòu)建、保護(hù)原理和技術(shù)的研究與改進(jìn)等展開相應(yīng)的工作。 論文對(duì)特大型水輪發(fā)電機(jī)組的保護(hù)系統(tǒng)方案進(jìn)行了論述，包括系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案、保護(hù)原理方案、裝置硬件方案和軟件方案。保護(hù)系統(tǒng)方案考慮了特大型水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、工藝和運(yùn)行等諸方面的特點(diǎn)，并且借鑒了相關(guān)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。通過合理的組屏、完善的保護(hù)配置、成熟原理和新技術(shù)的有效結(jié)合、基于高性能處理器的硬件平臺(tái)和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使保護(hù)系統(tǒng)在滿足特大型水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行要求的同

3、時(shí)，具有較強(qiáng)的通用性。 文中對(duì)特大型水輪發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)物理模型系統(tǒng)進(jìn)行了介紹。該動(dòng)態(tài)物理模型系統(tǒng)是目前國內(nèi)唯一的一個(gè)對(duì)特大型水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬的試驗(yàn)系統(tǒng)，其主要元件和子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能與原型機(jī)組相同或基本一致。在模型系統(tǒng)中進(jìn)行的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)物理模型系統(tǒng)為特大型水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行、故障分析、參數(shù)設(shè)置、相關(guān)保護(hù)性能的檢驗(yàn)和改進(jìn)等問題的深入研究提供了良好的物理試驗(yàn)研究平臺(tái)。 單元件橫差電流保護(hù)作為發(fā)電機(jī)最重要

4、的主保護(hù)之一，對(duì)定子繞組匝間短路和分支斷線故障可起到有效的保護(hù)作用。橫差不平衡電流和故障橫差電流作為單元件零序橫差電流的組成部分，這兩種電流在不同運(yùn)行工況下的大小及其變化規(guī)律對(duì)橫差保護(hù)定值的選擇，保護(hù)判據(jù)的改進(jìn)都是至關(guān)重要的。論文對(duì)特大型水輪發(fā)電機(jī)單元件橫差不平衡電流的產(chǎn)生原因和主要影響因素進(jìn)行了分析，然后采用動(dòng)模試驗(yàn)、數(shù)字仿真試驗(yàn)和真機(jī)試驗(yàn)對(duì)發(fā)電機(jī)處于各種運(yùn)行工況下的單元件橫差不平衡電流進(jìn)行了研究。另外，對(duì)發(fā)電機(jī)各種內(nèi)部故障的單元件故

5、障橫差電流變化規(guī)律也進(jìn)行了探討?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，對(duì)單元件橫差電流保護(hù)的算法、判據(jù)和定值整定方法提出了改進(jìn)方案。試驗(yàn)結(jié)果顯示，與原有方案相比，改進(jìn)方案在具有較好可靠性的基礎(chǔ)上，大幅度的提高了保護(hù)的靈敏度，并實(shí)現(xiàn)了保護(hù)可靠性、快速性、靈敏性和選擇性的良好統(tǒng)一。 目前，在各種勵(lì)磁回路接地保護(hù)中，乒乓切換式保護(hù)和低頻電壓注入式保護(hù)由于自身的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但是也存在相應(yīng)的問題。當(dāng)乒乓切換式保護(hù)切換電路中的元件參數(shù)選取不合適，以及接地

6、電阻數(shù)值發(fā)生變化時(shí)均會(huì)影響保護(hù)的性能；另外，該保護(hù)在發(fā)電機(jī)處于空轉(zhuǎn)和停機(jī)狀態(tài)時(shí)無法檢測(cè)勵(lì)磁回路接地故障。低頻電壓注入式保護(hù)的注入源采用專門的低頻電壓源，其體積較大、價(jià)格昂貴，無法根據(jù)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)注入電壓頻率進(jìn)行方便的調(diào)節(jié)。針對(duì)這些問題，文中對(duì)乒乓切換式保護(hù)切換電路參數(shù)的選擇、電路結(jié)構(gòu)提出了相應(yīng)的建議，對(duì)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)方式也提出了改進(jìn)方案。并且，結(jié)合乒乓切換式保護(hù)和低頻電壓注入式保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，提出一種新型保護(hù)——外加電源切換式保護(hù)，保護(hù)在

7、三峽電站的運(yùn)行情況表明，保護(hù)運(yùn)行可靠，精度和靈敏度均可以滿足實(shí)際需要，具有良好的工程應(yīng)用前景。 為了在確保機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮機(jī)組的運(yùn)行效益，論文對(duì)特大型水輪發(fā)電機(jī)的各種反時(shí)限特性保護(hù)進(jìn)行了研究。包括對(duì)保護(hù)的各種動(dòng)作特性曲線和保護(hù)算法的性能進(jìn)行對(duì)比，以及對(duì)整定計(jì)算、保護(hù)應(yīng)用中的相關(guān)問題進(jìn)行分析，根據(jù)研究結(jié)果形成適合于特大型水輪發(fā)電機(jī)的最佳反時(shí)限特性保護(hù)方案。 論文還對(duì)特大型水輪發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的綜合動(dòng)模試驗(yàn)和低頻電