隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,電力系統(tǒng)正向著“大機(jī)組、特高壓、大電網(wǎng)”方向發(fā)展。大機(jī)組在絕緣、結(jié)構(gòu)工藝、設(shè)計(jì)、運(yùn)行等方面出現(xiàn)了很多新的特點(diǎn),對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)提出了更多、更高的要求；大電網(wǎng)的遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域送電的特點(diǎn),使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行控制困難,導(dǎo)致電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問(wèn)題更加突出,機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)變得更加迫切。而涉網(wǎng)保護(hù),如定/轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、失磁保護(hù)、失步保護(hù)等,不完善、可靠性不高,它們?cè)诖箅娋W(wǎng)事故中的不正確、不合理動(dòng)作加劇了電網(wǎng)的崩潰,是發(fā)電機(jī)保護(hù)的固疾、頑疾,也是電網(wǎng)安全穩(wěn)定的潛在威脅。

本文以保障大機(jī)組、大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定為目標(biāo),針對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：定子接地保護(hù)、失磁保護(hù)、失步保護(hù)以及保護(hù)配置等展開(kāi)了深入研究。論文首先分析比較了傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)：基波零序電壓保護(hù)、三次諧波電壓保護(hù)的靈敏度及其配合問(wèn)題。研究表明,大型發(fā)電機(jī)組的定子對(duì)地電容比較大時(shí),這兩種保護(hù)方案不能滿足靈敏度要求,并且不能在發(fā)電機(jī)靜止和啟／停機(jī)狀態(tài)下提供保護(hù),需要引入注入式定子接地保護(hù)。

接著研究分析了注入式定子接地保護(hù)的原理、方案設(shè)計(jì),以及影響其靈敏度的因素。研究發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)接地變壓器的參數(shù)對(duì)保護(hù)靈敏度和誤差影響很大,并且在工程應(yīng)用中調(diào)試、補(bǔ)償復(fù)雜,難以準(zhǔn)確。針對(duì)這些問(wèn)題提出了不受接地變參數(shù)影響的新保護(hù)方案。新方案將注入與測(cè)量回路分開(kāi),使保護(hù)不受接地變參數(shù)的影響,無(wú)需補(bǔ)償就能達(dá)到很高的靈敏度,簡(jiǎn)化了工程調(diào)試。動(dòng)模試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也驗(yàn)證了新方案的有效性。研究分析了傳統(tǒng)的基于靜穩(wěn)極限阻抗圓特性的失磁保護(hù),分析了它的特點(diǎn)和不足。針對(duì)其受發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化影響大的缺點(diǎn),提出自適應(yīng)負(fù)荷變化的新型失磁保護(hù)方案。通過(guò)仿真證明了新方案的有效性,尤其是在較小負(fù)荷下,與傳統(tǒng)的靜穩(wěn)極限阻抗圓判據(jù)相比,動(dòng)作更加快速、可靠。研究分析了發(fā)電機(jī)失磁過(guò)程中的阻抗軌跡特征,并提出3種失磁保護(hù)新判據(jù)。

新判據(jù)利用了失磁過(guò)程中的3個(gè)電氣量：阻抗軌跡的變化范圍、等有功阻抗圓的圓心角、圓心角的變化量。綜合3種新判據(jù)以及一些輔助措施提出了新失磁保護(hù)方案。新方案在失磁后立刻就能檢測(cè)到,經(jīng)過(guò)短暫延時(shí),躲過(guò)可能的非失磁故障造成的擾動(dòng),就可以快速發(fā)信。經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證表明,新方案在各種失磁和非失磁工況下都能準(zhǔn)確、可靠動(dòng)作。研究了等能量法和等面積法的發(fā)電機(jī)失步保護(hù)。提出基于實(shí)時(shí)機(jī)械功率測(cè)量和等能量法的新型失步保護(hù)方案。新失步保護(hù)方案能跟蹤測(cè)量發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)機(jī)械功率,使等能量法的失步保護(hù)在采取快關(guān)汽門(mén)等緊急控制手段時(shí)更加準(zhǔn)確、可靠。研究了擴(kuò)展等面積法的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法,提出一種基于廣域測(cè)量系統(tǒng)和擴(kuò)展等面積法的多機(jī)失步保護(hù)方案。新方案通過(guò)廣域測(cè)量系統(tǒng)獲取各發(fā)電機(jī)的功率、功角數(shù)據(jù),利用擴(kuò)展等面積法判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)仿真驗(yàn)證了保護(hù)方案的有效性。zui后總結(jié)了大型發(fā)電機(jī)組的特殊性及其對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)提出的新要求,根據(jù)大型發(fā)電機(jī)組的特殊性和現(xiàn)代大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的需要,總結(jié)了相關(guān)發(fā)電機(jī)保護(hù)的配置原則。

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