大型發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)及模擬

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）大型發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行狀態(tài)的保護(hù)及模擬 所 屬 系 電氣工程系 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號 01507428 姓名 * 指導(dǎo)教師 * 起訖日期 2011.2 - 2011.5 設(shè)計(jì)地點(diǎn) * 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）誠 信 承 諾本人承諾所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）及取得的成果是在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成，引用他人成果的部分均已列出參考文獻(xiàn)。如論文涉及任何知識產(chǎn)權(quán)糾紛，本人將承擔(dān)一切責(zé)任。 學(xué)生簽名： 日期：摘要隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增加，大型發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中越來越重要。人們對發(fā)電機(jī)的可靠性、安全性要求越來越高。發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對保證電力系統(tǒng)

2、的正常工作和電能質(zhì)量起著極其重要的作用。但是較之故障，異常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生的機(jī)率更大，比如定子繞組過負(fù)荷、發(fā)電機(jī)失磁、失步，發(fā)電機(jī)逆功率運(yùn)行，非全相運(yùn)行等。這些威脅同樣不容忽視，所以研究大型發(fā)電機(jī)的異常運(yùn)行及保護(hù)是很有必要的。由于大型發(fā)電機(jī)多采用三相分相操作主開關(guān)，非全相運(yùn)行已成為發(fā)電廠電氣運(yùn)行的重點(diǎn)防止對象。本文針對大型發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行進(jìn)行了分析研究，采用對稱分量法得出了各相電流、各序電流及相序電流間的關(guān)系，并用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了理論分析的結(jié)果。同時(shí)，就發(fā)電機(jī)組非全相保護(hù)存在的問題提出了改進(jìn)方案，并給出了發(fā)電廠發(fā)生非全相運(yùn)行故障時(shí)的一些處理方法。關(guān)鍵詞：非全相運(yùn)行、對稱分量法、M

3、ATLAB仿真、發(fā)電機(jī)保護(hù)ABSTRACTWith the power industry developing and the capacity of single generator growing, the large generator-transformer units play more and more important roles in power system, and the demands for higher performance of large generator protection is necessary. However, the probability

4、of abnormal operation is higher, if handled improperly it will bring greater harm, so the study of the abnormal operation of generators is necessary too. For example, Stator winding overload , Generators excitation-loss, open-phase operation and so on. These threats also can not be ignored. Because

5、more and more large generators have Adopted three-phase points phase operation master switches, Open-phase operation has become the key to prevent electrical accidents. In this thesis, the normal form of open-phase operation in large power unit is analyzed in theory with the method of sym-metry-pond

6、erance. The normal form of open-phase operation in large power unit is studied respectively by MATLAB simulation. Finally, in this thesis, the problems with open-phase protection are discussed, and the improved scheme of protection is presentedIn addition，according to the open-phase operation of act

7、ual work, the corresponsive solutions are presentedKey Words：open-phase operation、method of symmetrical component、MATLAB simulation、generator protection目錄第一章 引言11.1發(fā)電機(jī)常見異常狀態(tài)及其危害11.2發(fā)電機(jī)常見異常狀態(tài)保護(hù)的簡述1第二章 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的概論32.1發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的定義32.2發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的分類32.3簡述發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的起因32.4發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的危害4非全相運(yùn)行對發(fā)電機(jī)的危害4非全相運(yùn)行對電力系統(tǒng)的危害

8、42.5發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的研究現(xiàn)狀5第三章 影響發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行能力的因素63.1轉(zhuǎn)子發(fā)熱條件63.2轉(zhuǎn)子振動(dòng)因素63.3負(fù)序電流所產(chǎn)生阻力矩的考慮63.4系統(tǒng)條件的考慮7第四章 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的理論分析84.1發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行情況分類8發(fā)變組高壓側(cè)出口處斷路器非同期合閘或分閘8電廠出線采用單相一次重合閘94.2造成發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行事故的直接原因9高壓斷路器故障9斷路器二次回路故障104.3造成非全相運(yùn)行事故擴(kuò)大的原因10運(yùn)行人員處理不當(dāng)造成10斷路器失靈保護(hù)拒動(dòng)10未裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器104.4發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的一般理論分析11變壓器兩側(cè)電壓、電流對稱分量的相位關(guān)系11單元接線方式非全

9、相運(yùn)行分析13發(fā)變組高壓側(cè)兩相斷開14發(fā)變組高壓側(cè)單相斷開15第五章 MATLAB的簡述和電力系統(tǒng)建模185.1 MATLAB開發(fā)工具簡介185.2 Simulink模塊庫和子系統(tǒng)簡介19電力系統(tǒng)PSB簡介19其它仿真模塊庫205.3系統(tǒng)模型建模思路及方法215.3.1 模型子系統(tǒng)的建立方法22系統(tǒng)主要模塊說明22第六章 大型汽輪發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行的仿真246.1基于MATLAB系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行仿真24主要模塊介紹及參數(shù)說明24仿真算法和精度的確定266.2發(fā)變組高壓側(cè)出口斷路器非同期分閘仿真27非全相解列仿真部分參數(shù)設(shè)定28仿真輸出波形的定性分析296.3發(fā)變組高壓側(cè)出口斷路器非同期

10、合閘仿真29非全相并列仿真部分參數(shù)設(shè)定30仿真輸出波形的定性分析316.4 仿真結(jié)果分析31第七章 防止發(fā)電機(jī)組非全相事故的措施探討327.1非全相運(yùn)行的事故現(xiàn)象327.2非全相運(yùn)行的事故處理32非全相運(yùn)行故障處理的要點(diǎn)32故障處理時(shí)應(yīng)注意的兩種模式327.3發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行事故的預(yù)防33發(fā)電機(jī)失靈保護(hù)的投入時(shí)間33運(yùn)行人員操作的注意事項(xiàng)33設(shè)備機(jī)構(gòu)的檢修與校驗(yàn)33防止主變壓器中性點(diǎn)過電壓347.4基于GCB預(yù)防的完善化措施34第八章 結(jié)論36參考文獻(xiàn)37謝辭38第一章 引言1.1發(fā)電機(jī)常見異常狀態(tài)及其危隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增加，大型發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)中越來越重要。除

11、了發(fā)電機(jī)的故障狀態(tài)，不正常運(yùn)行也是不容忽視的。這其中的重要性在前面摘要中已作了說明，因此本文首先就發(fā)電機(jī)幾種常見的異常狀態(tài)進(jìn)行分析：1、低勵(lì)磁或失磁發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障、勵(lì)磁繞組斷線或自動(dòng)滅磁開關(guān)誤動(dòng)作等，都有可能造成發(fā)電機(jī)低勵(lì)磁或失磁。在這種情況下，發(fā)電機(jī)將從系統(tǒng)吸取大量無功功率，引起定子過電流。同時(shí)發(fā)電機(jī)可能失去同步而進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。若系統(tǒng)無功儲備不足，則將引起電壓較大幅度下降，嚴(yán)重時(shí)將危及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。2、定子過電流或過負(fù)荷外部短路故障、非同步合閘、系統(tǒng)振蕩、失磁等均能引起定子過電流或過負(fù)荷。當(dāng)發(fā)電機(jī)過電流或過負(fù)荷時(shí)，將造成定子溫度升高，絕緣加速老化，機(jī)組壽命縮短。3、發(fā)電機(jī)失步倘若發(fā)

12、電機(jī)失步，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)發(fā)生振蕩，當(dāng)振蕩中心落在發(fā)電機(jī)-變壓器組內(nèi)時(shí)，高、低母線電壓將大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重威脅廠用電的安全。此外，振蕩電流會使定子繞組過熱，并使其端部遭受機(jī)械損傷。4、逆功率和頻率降低當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷開時(shí)，發(fā)電機(jī)將從系統(tǒng)吸取有功功率并逐步過渡到同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，形成逆功率現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)的逆功率將導(dǎo)致汽輪機(jī)尾部葉片與剩余蒸汽摩擦過熱以致?lián)p壞。5、非全相運(yùn)行三相機(jī)構(gòu)分相操作發(fā)電機(jī)主開關(guān)在進(jìn)行分、合閘過程中，由于某種原因造成一相或兩相開關(guān)未合好或未跳開，致使定子三相電流嚴(yán)重不平衡。長時(shí)間非全相運(yùn)行，所引起的負(fù)序電流將損壞發(fā)電機(jī)定子線圈，嚴(yán)重時(shí)會燒壞轉(zhuǎn)子線圈，折斷

13、大軸。1.2發(fā)電機(jī)常見異常狀態(tài)保護(hù)的簡述1、低勵(lì)磁或失磁保護(hù)對于容量在100MW以下不允許失磁運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，當(dāng)采用直流勵(lì)磁機(jī)時(shí)，應(yīng)在滅磁開關(guān)斷開時(shí)同時(shí)斷開發(fā)電機(jī)斷路器。容量在100MW以上的發(fā)電機(jī)也應(yīng)裝設(shè)失磁保護(hù)。對于水輪發(fā)電機(jī)，保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁；對于汽輪發(fā)電機(jī)，保護(hù)動(dòng)作于減出力，以便縮短異步運(yùn)行時(shí)間盡快恢復(fù)同步運(yùn)行，在不允許繼續(xù)異步運(yùn)行或失磁后母線電壓低于允許值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁。2、定子過電流或過負(fù)荷保護(hù)在定子繞組、勵(lì)磁繞組上應(yīng)裝設(shè)定時(shí)限和反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)。定時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于信號或自動(dòng)減負(fù)荷、降低勵(lì)磁電流。反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于解列或程序跳閘、解列滅磁。3、逆功率保護(hù)對于容量在2

14、00MW及以上的汽輪發(fā)電機(jī)，宜裝設(shè)逆功率保護(hù)。保護(hù)帶時(shí)限動(dòng)作于信號，經(jīng)長時(shí)限動(dòng)作于解列。以上所述的解列滅磁，是指斷開發(fā)電機(jī)斷路器，汽輪機(jī)甩負(fù)荷。減出力，是指將原動(dòng)機(jī)出力減到給定值。程序跳閘，對汽輪發(fā)電機(jī)來說，是指首先關(guān)閉主汽門，待逆功率繼電器動(dòng)作后，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁。對水輪發(fā)電機(jī)，是指首先將導(dǎo)水翼關(guān)到空載位置，再跳開發(fā)電機(jī)斷路器滅磁。4、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)對于容量在300MW及以上的發(fā)電機(jī)，需裝設(shè)失步保護(hù),保護(hù)動(dòng)作于信號或解列。若發(fā)生失步現(xiàn)象, 應(yīng)盡快創(chuàng)造恢復(fù)同期的條件, 一般可采取增加發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁,或減少該失步電機(jī)的有功出力,進(jìn)而將其牽入同步。5、非全相運(yùn)行保護(hù)發(fā)電機(jī)變壓器組的非全相運(yùn)行

15、故障，大多數(shù)發(fā)生在機(jī)組解列、并列的操作過程中，正確地進(jìn)行機(jī)組解列或并列的操作是大幅度地減少因負(fù)序電流燒損發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的簡單而有效的措施。因此只要遵循保持發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、穩(wěn)定機(jī)組轉(zhuǎn)速、減少機(jī)組出力、控制定子電流的原則，嚴(yán)格按照合理順序進(jìn)行操作和調(diào)整，完全可以把負(fù)序電流控制在允許的范圍之內(nèi)。由于現(xiàn)在大型發(fā)電機(jī)多采用三相分相操作主開關(guān)，非全相運(yùn)行已成為發(fā)電廠電氣運(yùn)行的重點(diǎn)防止對象。所以在下面的章節(jié)中我將重點(diǎn)分析發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行及其相應(yīng)的保護(hù)措施。第二章 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的概論2.1發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的定義非全相運(yùn)行是指電力系統(tǒng)中因開關(guān)非全相分(合)、線路中不對稱故障、負(fù)荷不對稱等原因引起的缺相運(yùn)行，是發(fā)電機(jī)

16、較為常見的非正常運(yùn)行狀態(tài)。它可以導(dǎo)致重大的機(jī)組設(shè)備事故和電網(wǎng)事故，在我國因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行而導(dǎo)致的事故較多。發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行時(shí)，三相電流不對稱，可以分解為正序和負(fù)序兩個(gè)分量。發(fā)電機(jī)定子中的負(fù)序電流，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子同步速但與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，稱為負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場。若發(fā)電機(jī)以同步速運(yùn)行，該負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場便以兩倍同步速度切割轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢和電流，該電流頻率較高。比如有1000A的工頻電流流過發(fā)電機(jī)定子繞組,將直接產(chǎn)生較大的負(fù)序電流,形成負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場,進(jìn)而在轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)子本體中感應(yīng)出兩倍頻率(100Hz)的交流電,其趨膚效應(yīng)較強(qiáng),只在轉(zhuǎn)子表面薄層流過。在

17、轉(zhuǎn)子表面沿軸向流動(dòng),并在端部沿圓周方向形成環(huán)流,環(huán)流不僅流過轉(zhuǎn)子本體,還流過護(hù)環(huán)、心環(huán),以及轉(zhuǎn)子槽楔與齒,這些地方電阻較高,發(fā)熱尤其嚴(yán)重,形成局部高溫,可能會給轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣造成嚴(yán)重的損壞。2.2發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的分類總所周知，在理想的三相交流電力系統(tǒng)中，電壓(電流)是對稱的，它們數(shù)值相等，相角互成120度，但由于存在著種種不平衡因素, 使得在實(shí)際運(yùn)行中的電力系統(tǒng)并不是完全平衡的, 系統(tǒng)的不平衡可分為正常性和事故性。正常性的不平衡是指由于系統(tǒng)的三相元件或負(fù)荷不對稱所致, 但是這種不平衡可經(jīng)過適當(dāng)?shù)呢?fù)荷調(diào)整，降到允許范圍之內(nèi)。它對機(jī)組的運(yùn)行不會構(gòu)成威脅。然而事故性的不平衡是由于三相系統(tǒng)中某

18、一相或兩相出現(xiàn)故障所致, 如斷線、短路等。這種不平衡卻會對系統(tǒng)、機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞, 比如發(fā)變組主開關(guān)的非全相運(yùn)行。對于發(fā)變組主開關(guān)的非全相運(yùn)行，主要可分為以下幾種情況：1、由于系統(tǒng)負(fù)荷不對稱所造成的發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行。2、當(dāng)電廠出線發(fā)生不對稱故障，斷路器斷開經(jīng)過1秒延時(shí)后自動(dòng)重合。在斷路器分閘到重合閘動(dòng)作這段時(shí)間內(nèi)，所造成的發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行。3、操作發(fā)變組高壓側(cè)出口斷路器進(jìn)行并列與解列時(shí)，斷路器非全相合閘、分閘。本文就針對這種事故性不平衡進(jìn)行了分析，并以其中的操作發(fā)變組高壓側(cè)斷路器并列（解列）時(shí)，斷路器非全相合、分閘為例進(jìn)行仿真。2.3簡述發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的起因造成發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行事故的原

19、因主要有高壓斷路器故障、未裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器、非全相保護(hù)或失靈保護(hù)拒動(dòng)、運(yùn)行人員操作不當(dāng)?shù)?，以下就具體情況進(jìn)行闡述：1、斷路器故障斷路器故障包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障、斷路器本體故障和斷路器二次回路故障。我國220kV及以上電壓等級斷路器，由于產(chǎn)品自身問題，檢修工藝問題，發(fā)現(xiàn)、消除缺陷不及時(shí)等方面的原因，造成發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行事故經(jīng)常發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì)在(19901999)年間，220kV電壓等級SF6斷路器設(shè)備中，因拒分、拒合、誤動(dòng)等造成的事故共發(fā)生54起。2、未裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器發(fā)電機(jī)裝設(shè)出口斷路器(GCB)，可使運(yùn)行方式靈活，GCB與發(fā)變組高壓側(cè)斷路器相互配合可縮短事故時(shí)間，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行更為有效的保

20、護(hù)。但由于目前國內(nèi)GCB在制造技術(shù)、工藝上的原因，尚不能實(shí)現(xiàn)與封閉母線安裝一體化，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)國外的GCB性能雖然比較穩(wěn)定，但價(jià)格很高，這就在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上限制了GCB在我國大容量機(jī)組上的普遍使用。由于很多電廠沒有裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器，所以增加了因非全相運(yùn)行時(shí)間過長而導(dǎo)致事故的機(jī)率。3、失靈保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)九十年代初，開始采用斷路器非全相啟動(dòng)失靈保護(hù)裝置，即一旦出現(xiàn)發(fā)變組高壓側(cè)斷路器由于某種原因引起的非全相運(yùn)行，首先跳開該斷路器的健全相，跳閘不成則啟動(dòng)失靈保護(hù)，經(jīng)延時(shí)作用將位于同一母線上其它所有電源切斷，從而保證機(jī)組的安全。但是失靈保護(hù)動(dòng)作正確率較低，所以我國發(fā)生過多起因失靈保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)而導(dǎo)

21、致非全相事故擴(kuò)大。4、運(yùn)行人員操作不當(dāng)為防止機(jī)構(gòu)失靈，運(yùn)行人員要對機(jī)構(gòu)內(nèi)傳動(dòng)軸、鎖釘定期潤滑，以保證其傳動(dòng)部分的靈活性。同時(shí)應(yīng)保證機(jī)構(gòu)箱門處于嚴(yán)密關(guān)閉狀態(tài)，防止線圈受潮，機(jī)構(gòu)靈件銹蝕。這就要求工作人員在正常巡回檢查時(shí)，留意空氣、SF6壓力和電力設(shè)備本身狀態(tài)情況，而且要加強(qiáng)對主開關(guān)的定期維護(hù)，壓縮空氣儲氣罐放水、加熱器投退等工作檢查，保證設(shè)備的正常進(jìn)行。開關(guān)操作本體處應(yīng)該設(shè)專人監(jiān)控，如遇三相開關(guān)未全合上，則要通知遠(yuǎn)方將開關(guān)跳開，然后運(yùn)行人員實(shí)施檢查。開關(guān)斷開后（包括手動(dòng)跳開、保護(hù)跳開），應(yīng)對開關(guān)跳合閘線圈進(jìn)行檢查，對機(jī)構(gòu)拉桿進(jìn)行檢查。以上這些操作細(xì)節(jié)很大的決定了非全相發(fā)生的機(jī)率以及事故所造成的破

22、壞程度。2.4發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的危害非全相運(yùn)行對發(fā)電機(jī)的危害發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中發(fā)生非全相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)負(fù)序電流將可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過8%額定值的水平，將給發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行帶來非常大的隱患，尤其是產(chǎn)生局部高溫區(qū)，則更加危險(xiǎn)。隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增加，越來越多的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯采用的氫冷方式，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生非全相運(yùn)行時(shí)，雖然在發(fā)電機(jī)兩端設(shè)計(jì)有密封油系統(tǒng)，但發(fā)電機(jī)漏氫現(xiàn)象或多或少的普遍存在。因此一旦發(fā)生發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行，如果處理不及時(shí)，使發(fā)電機(jī)變成異步運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的振動(dòng)將大大增加，其兩端密封瓦可能損壞，振動(dòng)摩擦產(chǎn)生的火花很可能與發(fā)電機(jī)泄漏出來的氫氣接觸造成氫氣爆炸的危險(xiǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)生氫氣爆炸的嚴(yán)重事故

23、，這不僅將造成機(jī)組事故停運(yùn)，而且還將使發(fā)電機(jī)損壞后長時(shí)間地進(jìn)行檢修，給電廠的經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重?fù)p失，對當(dāng)?shù)厝彪姷碾娋W(wǎng)運(yùn)行也帶來一定安全隱患。非全相運(yùn)行對電力系統(tǒng)的危害當(dāng)發(fā)生非全相運(yùn)行時(shí)，嚴(yán)重的情況下，如輸電線非全相運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流和零序電流可以在非全相運(yùn)行的線路中流通，也可以在與之相連接的線路中流通，可能影響這些線路的繼電保護(hù)的工作狀態(tài)，甚至引起它們的不正確動(dòng)作。此外，在長時(shí)間非全相運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中還可能同時(shí)發(fā)生短路(包括非全相運(yùn)行的區(qū)內(nèi)和區(qū)外)，這時(shí)同樣很可能使系統(tǒng)的繼電保護(hù)誤動(dòng)作。電力系統(tǒng)在不對稱和非全相運(yùn)行情況下，零序電流長期通過大地，接地裝置的電位升高，跨步電壓與接觸電壓也升高。不對稱運(yùn)行時(shí)，

24、各相電流大小不等，使系統(tǒng)損耗增大，同時(shí)，系統(tǒng)潮流不能按經(jīng)濟(jì)分配，也將影響運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。2.5發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的研究現(xiàn)狀在我國由于發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行所造成的事故較多，關(guān)于非全相也進(jìn)行了較多研究，主要有以下一些方面：1、發(fā)變組解列與并列過程中出現(xiàn)非全相運(yùn)行的判斷和處理。2、發(fā)變組非全相運(yùn)行時(shí)的電流分析。3、發(fā)電機(jī)承受負(fù)序電流的能力。4、發(fā)電機(jī)在非全相運(yùn)行情況下機(jī)組振動(dòng)機(jī)理的研究。5、變壓器不同接線方式下發(fā)生非全相運(yùn)行對變壓器的影響。6、非全相運(yùn)行負(fù)序電流的分析及對轉(zhuǎn)子的影響。7、發(fā)電機(jī)在非全相運(yùn)行情況下負(fù)序轉(zhuǎn)矩的分析。8、發(fā)生非全相事故后，發(fā)電機(jī)組保護(hù)動(dòng)作行為的分析。由于我國發(fā)電機(jī)組非全相事故的多

25、發(fā)性，國內(nèi)相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了很多的研究，其研究成果對分析發(fā)電機(jī)組非全相具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。第三章 影響發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行能力的因素3.1轉(zhuǎn)子發(fā)熱條件對于發(fā)電機(jī)而言，非全相運(yùn)行的能力主要取決于轉(zhuǎn)子的發(fā)熱條件。發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行時(shí)，負(fù)序感應(yīng)磁場與正常運(yùn)行時(shí)相反，相對于轉(zhuǎn)子它以2 倍的轉(zhuǎn)速掃過轉(zhuǎn)子表面，正如前面所述，它將在轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生倍頻（100Hz）電流。同時(shí)倍頻電流又主要部分在轉(zhuǎn)子表面沿軸向流動(dòng)，在轉(zhuǎn)子端部約為軸向長10%-30%的范圍內(nèi)沿軸界方向形成回路。這個(gè)電流可達(dá)很大數(shù)值。這樣大的電流將引起槽楔與大小齒間的接觸面、槽楔及大小齒與護(hù)環(huán)之間的接觸面的局部高溫。接觸情況不良時(shí)，接觸面發(fā)生嚴(yán)重電灼傷，另外

26、，局部高溫還會使護(hù)環(huán)有松脫的危險(xiǎn)。所以對于汽輪發(fā)電機(jī)而言，其承受負(fù)序電流的能力主要取決于轉(zhuǎn)子的負(fù)序附加發(fā)熱特性。負(fù)序電流值越大、持續(xù)的時(shí)間越長，在轉(zhuǎn)子表面所產(chǎn)生的發(fā)熱量也就越大。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)額定負(fù)荷數(shù)值隨機(jī)組容量增大而增大，正常運(yùn)行時(shí)由于氣隙高次諧波所引起的轉(zhuǎn)子表面損耗也隨機(jī)組容量增大而增大，所以，對于轉(zhuǎn)子允許溫升值，大機(jī)組比中小型機(jī)組低。基于以上原因，大型機(jī)組的發(fā)熱量值比中小型機(jī)組要小得多。3.2轉(zhuǎn)子振動(dòng)因素大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一般都是隱極式，通常在發(fā)生非全相運(yùn)行時(shí)，重點(diǎn)考慮的是負(fù)序電流對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱，對于隱極式發(fā)電機(jī)一般不再考慮機(jī)組振動(dòng)條件。但當(dāng)發(fā)生非全相運(yùn)行事故時(shí)，若出現(xiàn)保護(hù)或開關(guān)拒動(dòng)

27、，則另當(dāng)別論，因?yàn)樵谶@種情況下，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失去同步，而且負(fù)序電流持續(xù)時(shí)間過長，轉(zhuǎn)子的發(fā)熱條件已經(jīng)不能滿足故障安全要求，轉(zhuǎn)子表面局部高溫必然會引起其變形，從而導(dǎo)致偏心。偏心的轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生振動(dòng)也就不能忽視了。如果振動(dòng)過大，不僅會引起靜轉(zhuǎn)子動(dòng)靜摩擦，還有可能引起汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的嚴(yán)重?fù)p壞，以及各軸瓦的損壞，甚至燒毀。對于采用氫氣內(nèi)冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)組，若振動(dòng)過大損壞密封瓦，造成漏氫，則極有可能引起氫氣爆炸，從而擴(kuò)大事故。3.3負(fù)序電流所產(chǎn)生阻力矩的考慮發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，靜子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場大小相等、轉(zhuǎn)向一致，即所謂的同步。轉(zhuǎn)子承受兩個(gè)力矩（若不計(jì)摩擦），由能量守恒定律知，電磁力矩與原動(dòng)機(jī)力矩相

28、等，即=，且方向相反，這樣發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子才能維持勻速旋轉(zhuǎn)。從空間上來看，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針（即正序）方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行事故時(shí)，正序分量所占的比重將嚴(yán)重下降，取而代之的是負(fù)序分量占相當(dāng)大的比重。負(fù)序電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的方向與正序電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向相反即按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在滅磁開關(guān)未斷開的情況下，通電的轉(zhuǎn)子線圈必然會受到一個(gè)逆時(shí)針方向的力矩即阻力矩，而原動(dòng)機(jī)汽輪機(jī)所傳至大軸上的順時(shí)針方向力矩不變，既使汽輪機(jī)主汽門已經(jīng)關(guān)閉，由于慣性作用，大軸將維持順時(shí)針高速旋轉(zhuǎn)，而負(fù)序磁場作用使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，則在整個(gè)大軸不同段上同時(shí)作用兩個(gè)不同方向的力矩，此時(shí)就不再等于，那么發(fā)生斷軸事故也就不難解釋

29、了。3.4系統(tǒng)條件的考慮對于系統(tǒng)來說，一方面如果發(fā)熱值定的小些，便可以改善運(yùn)行安全條件。另一方面，還要從系統(tǒng)條件出發(fā)，考慮在各種不對稱故障狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)可能受到的最大不對稱負(fù)荷。當(dāng)承受這一不對稱負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)安全，同時(shí)還要區(qū)分發(fā)生發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行和因其它原因引起的發(fā)電機(jī)負(fù)序電流的不同，以及發(fā)生這種事故后保護(hù)或開關(guān)的動(dòng)作情況，明確發(fā)電機(jī)事故對系統(tǒng)和用戶的影響。第四章 發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的理論分析非全相運(yùn)行時(shí)，由于發(fā)電機(jī)組接線方式、主變接地方式、斷相形式、導(dǎo)致原因不同，非全相運(yùn)行時(shí)的故障特征是不同的，所以對非全相運(yùn)行進(jìn)行合理有效的分類是分析研究的前提。非全相運(yùn)行一般采用對稱分量法來分析計(jì)算。對稱分

30、量法是一種線性變換，利用它可將任意一組不對稱的三相電流(或電壓)分解成正序、負(fù)序和零序三組三相對稱的電流(或電壓)，這三組各自獨(dú)立的對稱電流(或電壓)就稱為不對稱電流(或電壓)的對稱分量，每組對稱分量的三相之間都有大小相等、彼此間相位差相等的關(guān)系。電流或電壓的相序、大小關(guān)系是機(jī)組非全相運(yùn)行時(shí)的重要故障信息，這些量的提取與判斷，對于保護(hù)機(jī)組與系統(tǒng)的運(yùn)行安全有著非常重要的意義。4.1發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行情況分類非全相運(yùn)行主要指發(fā)電機(jī)在起、停操作發(fā)變組變壓器出口處的斷路器進(jìn)行并列與解列過程中，斷路器非全相合、分所發(fā)生的情況。在運(yùn)行中發(fā)生斷相的非全相運(yùn)行亦可參照此分析判斷。在斷路器未出現(xiàn)故障時(shí)，三相觸頭

31、非同期合閘或者斷開的時(shí)間很短，約在(030ms)之間，對于線路發(fā)生不對稱故障時(shí)，線路斷路器斷開經(jīng)lS延時(shí)后重合，上述情況下，發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的時(shí)間較短，非全相運(yùn)行對發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)所造成的危害不是十分明顯，由于斷路器失靈或是刀閘故障等其他原因造成的非全相故障持續(xù)時(shí)間長，尤其是當(dāng)發(fā)電機(jī)以非同步速運(yùn)行時(shí)，發(fā)生的非全相運(yùn)行將會對發(fā)電機(jī)組及系統(tǒng)造成嚴(yán)重的威脅。以下就幾種常見情況進(jìn)行具體分析。發(fā)變組高壓側(cè)出口處斷路器非同期合閘或分閘斷路器非同期的分閘與合閘是系統(tǒng)中最常見的導(dǎo)致發(fā)變組非全相運(yùn)行的原因，如圖4-1所示，圖4-1 發(fā)變組高壓側(cè)出口斷路器非同期合閘或分閘雖然發(fā)變組高壓側(cè)出口處斷路器一般采用三相聯(lián)動(dòng)的

32、機(jī)構(gòu)，并且隨著一次設(shè)備制造技術(shù)的不斷提高，斷路器的性能得到了很大的改善，但是任何先進(jìn)的斷路器都不能徹底的解決三相觸頭的非同期分、合，對于各種操作機(jī)構(gòu)的斷路器，如彈簧操作機(jī)構(gòu)、液壓操作機(jī)構(gòu)，氣壓操作機(jī)構(gòu)等都存在斷路器觸頭非同期分、合的問題。由于斷路器非同期合閘與分閘有一定的離散性，為了防止由斷路器非同期合閘引起非全相運(yùn)行對發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，國家標(biāo)準(zhǔn)對斷路器非同期時(shí)間做出了嚴(yán)格的規(guī)定，發(fā)變組高壓側(cè)出口斷路器非同期合閘或分閘的非同期時(shí)間不得高于30ms，若高于30ms，則由斷路器非全相保護(hù)動(dòng)作，斷路器分閘，其判斷邏輯為當(dāng)斷路器收到合閘命令，零序或負(fù)序電流大于整定值，保護(hù)動(dòng)作，可以看出發(fā)電機(jī)

33、非全相運(yùn)行的時(shí)間較短，對發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)造成的威脅較小。電廠出線采用單相一次重合閘根據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，電廠出線側(cè)線路發(fā)生故障時(shí)，當(dāng)同一送電截面即電廠出線的并聯(lián)回路數(shù)等于或大于4回時(shí)，大型電廠出線側(cè)選用檢同期的三相一次重合閘，三相重合閘的時(shí)間整定為10秒，由于采用了三相重合閘，故只能出現(xiàn)出線斷路器觸頭非同期的分閘，其造成的發(fā)電機(jī)組非全相運(yùn)行狀況同發(fā)變組高壓側(cè)出口處斷路器非同期合閘或分閘類似。對于電廠出線的并聯(lián)回路數(shù)等于或小于3回時(shí)(如圖4-2所示)，圖4-2 電廠接線示意圖該電廠出線為3回，則對該電廠出線采用單相一次重合閘方式，單相重合閘的時(shí)間整定為1 s，在這種情況下，當(dāng)電廠出線發(fā)生兩

34、相故障或三相故障時(shí)，斷路器分閘不重合，當(dāng)發(fā)生單相故障時(shí)，斷路器單相分閘，經(jīng)1s延時(shí)后合閘，在斷路器從分閘到斷路器重合閘的這段時(shí)間內(nèi)，相當(dāng)于系統(tǒng)單相斷線，電廠中所有發(fā)電機(jī)組將處于非全相運(yùn)行狀態(tài)，在此種情況下發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的時(shí)間較短，對發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)造成的威脅較小。4.2造成發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行事故的直接原因高壓斷路器故障高壓斷路器故障包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障與斷路器本體故障，其中操動(dòng)機(jī)構(gòu)故障有傳動(dòng)元件變形，軸銷松脫，液壓機(jī)構(gòu)閥桿變形，分、合閘線圈燒壞，輔助開關(guān)切換不到位，液壓機(jī)構(gòu)漏油、漏氮。斷路器本體故障包括斷口內(nèi)絕緣和外絕緣擊穿，接頭接觸面的嚴(yán)重氧化，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，垂直絕緣提升桿松、斷造成單相拒動(dòng)或分

35、后自合等。斷路器二次回路故障二次回路故障有二次回路接地、端子松動(dòng)、寄生回路等。二次回路兩點(diǎn)接地導(dǎo)致斷路器誤分、合的故障是較為常見的故障。由于二次回路濾波電容暫態(tài)問題，該問題可以導(dǎo)致一點(diǎn)接地而引起的斷路器誤分、合。端子松動(dòng)或是端子箱進(jìn)水后短路也可以導(dǎo)致斷路器誤分、合，尤其是對于老電廠，端子箱與端子排長時(shí)間運(yùn)行這樣的問題將更加突出。寄生回路問題在經(jīng)過二次回路改造的電廠中比較突出，由于新老設(shè)備的更替，原先的回路沒有徹底的查清，使之與新的二次回路重疊，而產(chǎn)生寄生回路，這樣的問題較為隱蔽，難以查找。4.3造成非全相運(yùn)行事故擴(kuò)大的原因運(yùn)行人員處理不當(dāng)造成在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、解列時(shí)出現(xiàn)非全相運(yùn)行，如果運(yùn)行人員沒有

36、進(jìn)行及時(shí)的處理與控制，會導(dǎo)致非全相運(yùn)行事故擴(kuò)大，例如：國內(nèi)某廠200MW單元機(jī)組在小修后啟動(dòng)開機(jī)，經(jīng)并網(wǎng)操作合上變壓器高壓側(cè)斷路器后發(fā)現(xiàn)斷路器合閘指示燈不亮，但操作人員沒有及時(shí)查明原因。當(dāng)時(shí)有功負(fù)荷5MW，無功負(fù)荷40MVA，三相定子電流B相指示偏大，但運(yùn)行人員均認(rèn)為是電流表計(jì)不準(zhǔn)所致，沒有加以分析及處理。當(dāng)有功負(fù)荷增加到40MW、無功負(fù)荷35MVA時(shí)，A、C相定子電流指示lKA，B相電流指示2KA。所有這些現(xiàn)象都沒有引起運(yùn)行人員的注意。又經(jīng)過1小時(shí)45分鐘，單元控制室警鈴響，光字牌顯示變壓器高壓側(cè)斷路器跳閘，經(jīng)檢查為負(fù)序過流保護(hù)動(dòng)作，值長下令將負(fù)序過流保護(hù)停用。6分鐘后，運(yùn)行人員將發(fā)電機(jī)重新

37、并網(wǎng)，并網(wǎng)后發(fā)現(xiàn)變壓器高壓側(cè)斷路器指示燈紅燈仍不亮，變壓器高壓側(cè)斷路器的位置指示器在中間位置，1小時(shí)后發(fā)電機(jī)跳閘解列。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)A相導(dǎo)電桿聯(lián)接處脫扣。這是一起運(yùn)行人員處理不當(dāng)而擴(kuò)大事故的典型案例。斷路器失靈保護(hù)拒動(dòng)發(fā)電機(jī)組配備的斷路器失靈保護(hù)不能對非短路引起的故障進(jìn)行有效的保護(hù)，當(dāng)在正常運(yùn)行條件下發(fā)生斷路器非全相分、合時(shí)，失靈保護(hù)因電壓靈敏度不夠或斷路器跳閘后保護(hù)不能快速返回等原因而拒動(dòng)，使事故時(shí)間延長。90年代初，開始采用斷路器非全相運(yùn)行啟動(dòng)失靈保護(hù)裝置，即一旦出現(xiàn)發(fā)變組高壓斷路器由于某種原因引起的非全相運(yùn)行，首先跳開該斷路器的健全相，跳閘不成功則啟動(dòng)失靈保護(hù)，經(jīng)延時(shí)后將位于同一母線上其它所

38、有電源切斷，從而保證機(jī)組的安全，裝設(shè)失靈保護(hù)是很必要的，但是由于失靈保護(hù)動(dòng)作正確率較低，所以并不能很好的保護(hù)好設(shè)備，如果失靈保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)往往會導(dǎo)致非全相事故擴(kuò)大。未裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增加和核電站的大量出現(xiàn)，很多發(fā)電工程都需要對發(fā)電機(jī)組作進(jìn)一步控制，由此促進(jìn)了發(fā)電機(jī)出口斷路器(GCB)技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，裝設(shè)GCB可以使運(yùn)行方式更加靈活，大大縮短事故時(shí)間，對發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)進(jìn)行更為有效的保護(hù)。但由于目前國內(nèi)GCB在制造技術(shù)、工藝上的原因以及價(jià)格的原因，限制了GCB在我國大容量機(jī)組上的普遍使用，由于沒有裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器，增加了因非全相運(yùn)行時(shí)間過長而燒壞

39、轉(zhuǎn)子的幾率，也增加了事故擴(kuò)大的幾率。4.4發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行的一般理論分析對于非全相運(yùn)行，一般采用對稱分量法來分析計(jì)算。對稱分量法是一種線性變換，利用它可將任意一組不對稱的三相電流(或電壓)分解成正序、負(fù)序和零序三組三相對稱的電流(或電壓)，這三組各自獨(dú)立的對稱電流(或電壓)就稱為不對稱電流(或電壓)的對稱分量，而每組對稱分量的三相之間都有大小相等、彼此間相位差相等的關(guān)系。正序分量電流用表示，它們大小相等，彼此相差120°，達(dá)到最大值的先后順序是A-B-C-A。負(fù)序分量電流用表示，也是大小相等，相位相差120°，達(dá)到最大值的先后順序?yàn)锳-C-B-A。零序分量電流用表示，它們大

40、小相等，但相位相同。利用對稱分量法來分析非全相運(yùn)行，可按以下步驟進(jìn)行:1、根據(jù)系統(tǒng)的接線和參數(shù)作出各序網(wǎng)絡(luò)；2、根據(jù)非全相運(yùn)行的類型來決定斷相處的邊界條件，建立復(fù)合序網(wǎng)，計(jì)算出斷相處的各序?qū)ΨQ分量電流或電壓；3、對各對稱分量電流或電壓進(jìn)行分析，進(jìn)行疊加處理后即可以得到實(shí)際不對稱電流或電壓。下面分主變高壓側(cè)中性點(diǎn)接地與不接地兩種情況，以對稱分量法對單元接線發(fā)電機(jī)組的非全相運(yùn)行作一一探討。當(dāng)發(fā)變組主變高壓側(cè)套管處引線或刀閘等發(fā)生斷線時(shí)，其分析與相對應(yīng)的發(fā)變組高壓側(cè)斷路器斷開的現(xiàn)象相同。變壓器兩側(cè)電壓、電流對稱分量的相位關(guān)系電壓、電流對稱分量經(jīng)變壓器后，數(shù)值大小與相位要發(fā)生變化。變壓器兩側(cè)電壓、電流

41、的大小由變壓器變比決定，而相位關(guān)系則與變壓器的聯(lián)接組別有關(guān)。電力系統(tǒng)通常采用的變壓器標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接組別有Y，yn0、YN，yn0、YN，d11、Y，d11等幾種，由于大型發(fā)電機(jī)組主變一般采用YN，d11聯(lián)接組別，固本文僅討論對稱分量經(jīng)變壓器YN，d11兩側(cè)電壓、電流的數(shù)值大小與相位發(fā)生變化的情況，如圖4-4所示， 圖4-4 YN，d11變壓器接線圖為星形側(cè)的相電壓，為星形側(cè)的線電壓，為星形側(cè)的線電流；為三角形側(cè)每相對地的電壓，為三角形側(cè)的線電壓，為三角形側(cè)的線電流，為三角形側(cè)內(nèi)部繞組電流。1、變壓器兩側(cè)電壓對稱分量的相位關(guān)系:當(dāng)在YN，d11聯(lián)接的變壓器的星形側(cè)加上一組正序（負(fù)序）電壓對稱分量時(shí)，設(shè)

42、變壓器變比為n，可得到下式：若已知三角形側(cè)各序分量電壓，求星形側(cè)的各序分量電壓時(shí)可得到下式：YN，d11聯(lián)接的變壓器兩側(cè)電壓對稱分量間的相量關(guān)系如圖4-5、4-6所示：圖4-5 YN，d11變壓器兩側(cè)正序電壓相位關(guān)系圖4-6 YN，d11變壓器兩側(cè)負(fù)序電壓相位關(guān)系2、變壓器兩側(cè)電流對稱分量的相位關(guān)系:YN，d11聯(lián)接的變壓器，星形側(cè)電流與三角形側(cè)電流之間的關(guān)系為：在YN，d11變壓器星形側(cè)加入一組正序(或負(fù)序)分量電流時(shí)，兩側(cè)正序(或負(fù)序)分量電流間的關(guān)系可得下式：反過來，若已知三角形各序分量電流，要求星形側(cè)的各序分量電流時(shí)，即得：有關(guān)B、C、BC相、CA相的各序分量關(guān)系式與上述的推導(dǎo)過程相類

43、似。YN，d11變壓器兩側(cè)電流對稱分量的相位關(guān)系如圖4-7、4-8所示。圖4-7 YN，d11變壓器兩側(cè)正序電流相位關(guān)系圖4-8 YN，d11變壓器兩側(cè)負(fù)序電流相位關(guān)系變壓器兩側(cè)零序電流分量間的關(guān)系與變壓器的聯(lián)接組別、鐵芯結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中性點(diǎn)是否接地有關(guān)。YN，d11聯(lián)接的變壓器，零序電流可以由星形側(cè)感應(yīng)到三角形側(cè)各相繞組上，在三角形側(cè)內(nèi)部形成環(huán)流，三角形側(cè)引出線上的零序電流為0。單元接線方式非全相運(yùn)行分析大型發(fā)電機(jī)組一般都采用（發(fā)電機(jī)-變壓器組）單元接線方式，該接線方式中的變壓器多數(shù)為YN，d11聯(lián)接，非全相運(yùn)行都可以歸結(jié)為發(fā)變組高壓側(cè)出口單相斷開、兩相斷開和三相未斷開，但是系統(tǒng)不對稱這三種方式

44、，單相斷開與兩相斷開是系統(tǒng)不對稱的特殊形式。以YN，d11變壓器中性點(diǎn)接地為條件分別進(jìn)行討論：.1發(fā)變組高壓側(cè)兩相斷開發(fā)變組高壓側(cè)出口兩相斷開時(shí)，可以假設(shè)B、C兩相斷開。如圖4-9所示，圖4-9 發(fā)變組高壓側(cè)出口B、C兩相斷開這種情況相當(dāng)于：發(fā)電機(jī)解列時(shí)，A相未斷開；發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)斷路器A相或刀閘A相已經(jīng)接通等情況。用對稱分量法求解，設(shè)為B、C兩相斷線時(shí)兩側(cè)電源的等效電動(dòng)勢，分別為從斷線處的兩端向系統(tǒng)看去所得的正序、負(fù)序和零序等效阻抗。由B、C兩相斷線時(shí)的復(fù)合序網(wǎng)可得下式：上式得出正序電流、負(fù)序電流和零序電流大小相等且相位相同，變組高壓側(cè)電流相量圖如圖4-10所示圖4-10 B、C相斷開時(shí)發(fā)變組

45、高壓側(cè)電流對稱分量將此變壓器高壓側(cè)正序、負(fù)序和零序電流折算到主變低壓側(cè)，且零序電流只能在低壓側(cè)繞組內(nèi)流通，定子繞組中無零序電流，所以只考慮正序和負(fù)序電流，經(jīng)主變變換后，流入發(fā)電機(jī)定子中的正序和負(fù)序電流相量圖如圖4-11所示，圖4-11 B、C相斷開時(shí)定子繞組中電流對稱分量將圖4-11中的正序電流和負(fù)序電流相疊加，其結(jié)果為發(fā)電機(jī)定子電流，疊加過程見圖4-12，可以看出：當(dāng)B、C兩相斷開時(shí)，發(fā)電機(jī)b相電流為零，a相和c相電流相等。同理可分析出當(dāng)發(fā)變組高壓側(cè)A、C相斷開和A、B相斷開時(shí)發(fā)電機(jī)三相電流之間的關(guān)系，此關(guān)系見表4-1，圖4-12 電流對稱分量疊加表4-1 發(fā)變組高壓側(cè)出口兩相斷開時(shí)發(fā)電機(jī)定

46、子電流關(guān)系非全相類型發(fā)電機(jī)定子電流a相b相c相B、C兩相斷開等于c相電流0等于a相電流A、C兩相斷開等于b相電流等于a相電流0A、B兩相斷開0等于c相電流等于b相電流.2發(fā)變組高壓側(cè)單相斷開發(fā)變組高壓側(cè)出口單相斷開時(shí)，為分析方便，假設(shè)A相斷開，這種情況相當(dāng)于發(fā)電機(jī)并列時(shí)，A相斷路器失靈或A相刀閘失靈，A相還未合上；或者電廠出線單相重合閘動(dòng)作斷路器單相斷開，還未重合等情況，如圖4-13所示：圖4-13 發(fā)變組高壓側(cè)出口A相斷開對稱分量法求解，設(shè)為A相斷線時(shí)兩側(cè)電源的等效電動(dòng)勢，分別為從斷線處的兩端向系統(tǒng)看去所得的正序、負(fù)序和零序等效阻抗，可得下式：由于各序阻抗中電阻很小，認(rèn)為各序阻抗中電阻分量為

47、零，則通過上式可以得出：正序電流與負(fù)序電流、零序電流相位互差180，如圖4-14所示，圖4-14 A相斷開時(shí)發(fā)變組高壓側(cè)電流對稱分量相量圖將此變壓器高壓側(cè)正序、負(fù)序和零序電流折算到主變低壓側(cè)，且零序電流只能在低壓側(cè)繞組內(nèi)流通而無法流到發(fā)電機(jī)定子繞組中，所以只考慮正序和負(fù)序電流。經(jīng)主變變換后，發(fā)電機(jī)定子中的正序和負(fù)序電流相量圖如圖4-15所示，圖4-15 A相斷開時(shí)定子繞組中電流對稱分量相量圖將圖4-15中的正序電流和負(fù)序電流相疊加，其結(jié)果即為實(shí)際流過發(fā)電機(jī)的定子電流(即表計(jì)所顯示的電流值)，疊加過程見圖4-16所示，圖4-16 A相斷開時(shí)定子繞組中電流對稱分量疊加相量圖可以看出：當(dāng)A相斷開時(shí)，

48、因由于b相正序電流和負(fù)序電流同相位，因而電流值最大。a、c兩相的正序電流與負(fù)序電流相位不同，但所成的角度相同，因而a相、c相電流均小于B相電流，并且相等。另外，由于主變高壓側(cè)有零序電流，所以b相電流小于2倍的a相(c相)電流。同理可分析出當(dāng)發(fā)變組高壓側(cè)B相斷開與C相斷開時(shí)發(fā)電機(jī)三相電流之間的關(guān)系，此關(guān)系見表4-2，表4-2 發(fā)變組高壓側(cè)單相斷開時(shí)發(fā)電機(jī)定子電流關(guān)系發(fā)變組高壓側(cè)單相斷開時(shí)發(fā)電機(jī)定子電流關(guān)系非全相類型非全相類型發(fā)電機(jī)定子電流最大相另兩相電流A相斷開b相電流最大，但小于2倍的a、c相電流a相電流等于c相電流B相斷開c相電流最大，但小于2倍的a、b相電流a相電流等于b相電流C相斷開a相

49、電流最大，但小于2倍的b、c相電流b相電流等于c相電流第五章 MATLAB的簡述和電力系統(tǒng)建模5.1 MATLAB開發(fā)工具簡介MATLAB由MATrix和LABoratory兩詞的前3個(gè)字母組合而成。20世紀(jì)70年代后期，時(shí)任美國墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任的Cleve Moler教授出于減輕學(xué)生編程負(fù)擔(dān)的動(dòng)機(jī)，為學(xué)生設(shè)計(jì)了一組調(diào)用LINPACK和EISPACK庫程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN編寫的萌芽狀態(tài)的MATLAB。經(jīng)過幾年的校際流傳，在Little的推動(dòng)下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLA

50、B正式推向市場。從那時(shí)起，MATLAB的核心采用C語言編寫，而且除原有的數(shù)值計(jì)算功能外，還新增了數(shù)據(jù)圖視功能。它集數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、信號處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便的、界面友好的用戶環(huán)境。MATLAB的推出得到了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。MATLAB系統(tǒng)的基本部分主要包括：工作環(huán)境、圖形處理系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真環(huán)境Simulink、工具箱及模塊庫等?，F(xiàn)在，MATLAB不僅僅是一個(gè)“矩陣實(shí)驗(yàn)室”，她已經(jīng)發(fā)展為適合多科學(xué)的、功能強(qiáng)大的大型軟件，成為高級課程的基本教學(xué)工具。如MATLAB可以做以下各種分析、運(yùn)算:1、微積分：微分、積分、求時(shí)限、泰

51、勒展開、級數(shù)求和。2、代數(shù)：求逆、特征值、行列式、代數(shù)方程解的簡化、數(shù)學(xué)表達(dá)式的指定精度求值。3、數(shù)值分析：插值與擬合、數(shù)值微分與積分、函數(shù)逼近、代數(shù)方程和微分方程的數(shù)值解和符號解。4、統(tǒng)計(jì)計(jì)算：均值、方差、概率、參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)、相關(guān)性和回歸分析、統(tǒng)計(jì)繪圖、隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器等。5、優(yōu)化問題的求解：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃等問題的求解。6、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模擬仿真等。它已成為工科大學(xué)生、碩士生和博士生所必須掌握的基本技能。同時(shí)，MATLAB也被研究單位和工業(yè)部門廣泛應(yīng)用，使科學(xué)研究和解決具體各種問題的效率大大提高。被稱為第四代計(jì)算機(jī)語言的MATLAB，之所以能如此迅速地普及，顯示出如此而旺盛的生命力，是由于

52、他有著不同于其他語言的特點(diǎn)，它使人們無須直接對計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作，利用其豐富的函數(shù)資源，將編程人員從煩瑣的程序代碼中解放出來。MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡潔，它用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C語言和FORTRAN語言的冗長代碼。MATLAB給用戶帶來的是最直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。下面簡單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。1、簡潔靈活的語言風(fēng)格語言十分簡單，使用靈活方便，書寫形式自由，具有“草稿紙”功能。如果任務(wù)不是太多，那么可以在命令窗口中按照自己的思路直接寫入命令，并且可以即時(shí)看到結(jié)果。2、方便的數(shù)值運(yùn)算在MATLAB環(huán)境中，有超過500種的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)、科學(xué)及工程方面的函

53、數(shù)可使用，函數(shù)的標(biāo)識自然，使得問題和解答像計(jì)算機(jī)式子一般的簡單、明了，讓使用者可全力發(fā)揮在解題方面，而非浪費(fèi)在計(jì)算機(jī)操作上。3、先進(jìn)的數(shù)據(jù)視覺化功能MATLAB的面向圖形構(gòu)架讓使用者可執(zhí)行視覺數(shù)據(jù)分析，并制作高品質(zhì)的圖形，完成科學(xué)性或工程型的圖文并茂的文章。4、功能強(qiáng)大的工具箱工具箱可分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。前者主要用來擴(kuò)充其符號計(jì)算、圖示建模仿真、文字處理及與硬件實(shí)時(shí)交互的功能；而科學(xué)性工具箱是專業(yè)性較強(qiáng)的工具箱，如優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)、控制、小波、圖像處理和通信工具箱等。5、高階但簡單的程序環(huán)境作為一種解釋型程序語言，MATLAB允許用戶在短時(shí)間內(nèi)寫完程序，所花的時(shí)間約為用FORTRA

54、N或C的幾分之一，而且不需要編譯及連接即能執(zhí)行，同時(shí)包含了更多及更容易使用的內(nèi)置功能。6、開放及可延伸的架構(gòu)MATLAB允許用戶接觸它大多數(shù)的數(shù)學(xué)源代碼，查看算法，更改函數(shù)，甚至加入自己的函數(shù)使MATLAB稱為用戶所需要的內(nèi)置功能。7、完善的幫助系統(tǒng)MATLAB有非常完善的幫助系統(tǒng)?？傮w來講，有幾下幾個(gè)方面：1、在線幫助。這些幫助內(nèi)容。大多嵌附在M文件中，即時(shí)性強(qiáng)，反應(yīng)速度快。它對求助內(nèi)容的回答及時(shí)準(zhǔn)確。用help命令查詢即可，方便可靠。2、綜合型在線幫助文檔helpdesk。該文檔以HTML超文本形式獨(dú)立存在。整個(gè)文檔按MATLAB的功能和核心內(nèi)容編排。系統(tǒng)性強(qiáng)，且可以借助“超鏈接”方便地進(jìn)

55、行交叉查閱。3、演示軟件demo。這是一個(gè)內(nèi)容豐富的演示程序。MATLAB一向重視演示軟件的設(shè)計(jì)，軟件本身就帶有完善的演示程序。以前的電力系統(tǒng)數(shù)字仿真技術(shù)，往往局限研究人員自己進(jìn)行建模與仿真。其數(shù)學(xué)模型是否真實(shí)描述實(shí)際情況，將很大程度上影響到仿真是否取得成功。在MATLAB涉及電力系統(tǒng)仿真方面以后，憑借其自身的技術(shù)優(yōu)勢，聯(lián)合眾多電力領(lǐng)域的專家，開發(fā)了電力系統(tǒng)仿真工具箱(PSB)。使用MATLAB軟件進(jìn)行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真，具有三個(gè)突出的優(yōu)勢：第一，電力系統(tǒng)仿真工具箱功能強(qiáng)大，工具箱內(nèi)部的元件庫提供了經(jīng)常使用的各種電力系統(tǒng)元件數(shù)學(xué)模型，并且提供了可以自己編程的方式創(chuàng)建合適的元件模型。第二，強(qiáng)大的M

56、ATLAB平臺。MATLAB的數(shù)值運(yùn)算功能為進(jìn)行電力工程方面的運(yùn)算提供了強(qiáng)有力的后盾。隨著信號處理技術(shù)的成熟，各種信號處理方法在電力方面的應(yīng)用尤為重要。MATLAB提供的信號處理工具箱、數(shù)字信號處理模塊、濾波器設(shè)計(jì)工具箱、小波分析工具箱和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，為經(jīng)過電力仿真后的數(shù)據(jù)處理提供了功能齊全的分析手段。第三，友好的界面。友好的界面充分體現(xiàn)了軟件使用的難易程度。從電力系統(tǒng)仿真、到數(shù)值計(jì)算、圖形處理、再到信號分析。MATLAB提供給技術(shù)人員和科研人員的不僅僅是各類問題的解決方案，更重要的是這些技術(shù)的使用變的尤為輕松簡單?；谝陨纤?，電力科研工作者和工程技術(shù)人員很早就開始應(yīng)用它來進(jìn)行電力系統(tǒng)有關(guān)問題的仿真分析和輔助設(shè)計(jì)。5.2 Simulink模塊庫和子系統(tǒng)簡介電力系統(tǒng)PSB簡介本文主要應(yīng)用MATLAB 7.0及其電力系統(tǒng)工具箱(PSB)進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真分析。PSB