高壓發(fā)電機繼電保護及相關(guān)穩(wěn)定性問題研究.pdf

1、材料科學(xué)與制造技術(shù)的進步拓展了高壓交聯(lián)聚乙烯(Cross Linked Poly Ethylene，XLPE)電纜的應(yīng)用領(lǐng)域，促成了高壓發(fā)電機（Powerformer）的發(fā)明，這是發(fā)電技術(shù)發(fā)展史上的一次顯著變革。高壓發(fā)電機能夠直接與高壓母線相連，與傳統(tǒng)發(fā)電機相比，高壓發(fā)電機有望提高系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性，提高能量轉(zhuǎn)換效率，減少電廠占地面積。而高壓發(fā)電機繼電保護問題的解決和相關(guān)穩(wěn)定性問題的深入研究將推動這種新型發(fā)電技術(shù)的進步和推廣。論文針對上

2、述問題開展研究，具體工作如下：
　　 高壓發(fā)電機在系統(tǒng)中處于重要地位，其定子繞組單相接地故障保護需滿足高靈敏度、覆蓋100%定子區(qū)域的要求。論文基于高壓發(fā)電機內(nèi)部故障仿真模型，分析了高壓發(fā)電機發(fā)生定子繞組單相接地故障時的電氣特性，提出了一種基于零序能量的高壓發(fā)電機定子單相接地保護新原理。該保護原理利用高壓發(fā)電機機端零序電壓和零序電流獲得零序功率和零序能量，通過分析能量方向檢測接地故障，實現(xiàn)對發(fā)電機區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障的區(qū)分。

3、>　　 為了減小發(fā)電機的體積，高壓發(fā)電機的絕緣系統(tǒng)在設(shè)計上采用分級絕緣方式，中性點側(cè)的絕緣強度相對機端較弱。當(dāng)其運行在非全相異常工況時，中性點將承受很高的過電壓，絕緣受到嚴(yán)重威脅。論文在分析高壓發(fā)電機非全相運行狀態(tài)特點的基礎(chǔ)上，提出了一種基于高壓發(fā)電機機端零序電壓和定子繞組負序電流、并借助斷路器輔助觸點信息進行判斷的高壓發(fā)電機非全相運行保護方案，并通過PSCAD/EMTDC建立系統(tǒng)模型，對方案進行仿真驗證。
　　 高壓發(fā)電機與

4、高壓母線直連，當(dāng)多臺高壓發(fā)電機并列運行時，若其中一臺發(fā)生勵磁系統(tǒng)故障導(dǎo)致過電壓，利用簡單的過電壓保護無法實現(xiàn)選擇性動作。論文利用發(fā)電機機端電壓和無功功率輸出之間的關(guān)系，提出了一種改進的并列運行高壓發(fā)電機過電壓保護方案。該保護方案除檢測過電壓故障外，還通過發(fā)電機無功功率輸出的變化量識別引發(fā)過電壓的根源。采用補償系數(shù)修正保護的動作時間，保證對母線過電壓影響最大的發(fā)電機能最先被切除，該保護方案的應(yīng)用領(lǐng)域并不局限于高壓發(fā)電機，亦可為直接并列運行

5、的普通發(fā)電機提供選擇性過電壓保護。
　　 論文研究了傳統(tǒng)發(fā)電機高壓側(cè)電壓控制（HSVC）原理，基于此對HSVC提高電力系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性的能力進行分析。由于高壓發(fā)電機能夠直接與高壓母線相連，無需增設(shè)HSVC模塊即可很方便地控制高壓母線的電壓。論文采用高壓發(fā)電機實現(xiàn)高壓側(cè)電壓控制，利用電力系統(tǒng)綜合程序（PSASP）建立單機-無窮大系統(tǒng)及改進的EPRI-7節(jié)點系統(tǒng)，通過與傳統(tǒng)發(fā)電機AVR和傳統(tǒng)發(fā)電機HSVC勵磁控制的比較，分析了高壓