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(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 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(chéng) 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(shí)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(lái)越重要。人們對(duì)發(fā)電機(jī)的可靠性、安全性要求越來(lái)越高。發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)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(guò)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(kāi)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(duì)象。本文針對(duì)大型發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行進(jìn)行了分析研究，采用對(duì)稱(chēng)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(wèn)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(duì)稱(chēng)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(jiàn)異常狀態(tài)及其危害11.2發(fā)電機(jī)常見(jiàn)異常狀態(tài)保護(hù)的簡(jiǎn)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(lèi)32.3簡(jiǎn)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(duì)發(fā)電機(jī)的危害4非全相運(yùn)行對(duì)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(lèi)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(duì)稱(chēng)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(kāi)14發(fā)變組高壓側(cè)單相斷開(kāi)15第五章 MATLAB的簡(jiǎn)述和電力系統(tǒng)建模185.1 MATLAB開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)介185.2 Simulink模塊庫(kù)和子系統(tǒng)簡(jiǎn)介19電力系統(tǒng)PSB簡(jiǎn)介19其它仿真模塊庫(kù)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(shuō)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(shuō)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(guò)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(jiàn)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(lái)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(shuō)明，因此本文首先就發(fā)電機(jī)幾種常見(jiàn)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(kāi)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(wú)功功率，引起定子過(guò)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(wú)功儲(chǔ)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(guò)電流或過(guò)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(guò)電流或過(guò)負(fù)荷。當(dāng)發(fā)電機(jī)過(guò)電流或過(guò)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(huì)使定子繞組過(guò)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(mén)突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷開(kāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)將從系統(tǒng)吸取有功功率并逐步過(guò)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(guò)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(kāi)關(guān)在進(jìn)行分、合閘過(guò)程中，由于某種原因造成一相或兩相開(kāi)關(guān)未合好或未跳開(kāi)，致使定子三相電流嚴(yán)重不平衡。長(zhǎng)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(huì)燒壞轉(zhuǎn)子線圈，折斷

13、大軸。1.2發(fā)電機(jī)常見(jiàn)異常狀態(tài)保護(hù)的簡(jiǎn)述1、低勵(lì)磁或失磁保護(hù)對(duì)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)同時(shí)斷開(kāi)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(duì)于水輪發(fā)電機(jī)，保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁；對(duì)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(guò)電流或過(guò)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(guò)負(fù)荷保護(hù)。定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)或自動(dòng)減負(fù)荷、降低勵(lì)磁電流。反時(shí)限過(guò)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(duì)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(hào)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作于解列。以上所述的解列滅磁，是指斷開(kāi)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(duì)汽輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，是指首先關(guān)閉主汽門(mén)，待逆功率繼電器動(dòng)作后，再跳開(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器并滅磁。對(duì)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(kāi)發(fā)電機(jī)斷路器滅磁。4、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)對(duì)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(hào)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(guò)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(jiǎn)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(kāi)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(duì)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(kāi)關(guān)非全相分(合)、線路中不對(duì)稱(chēng)故障、負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)等原因引起的缺相運(yùn)行，是發(fā)電機(jī)

16、較為常見(jiàn)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(guó)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(duì)稱(chēng)，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(chǎng)，稱(chēng)為負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。若發(fā)電機(jī)以同步速運(yùn)行，該負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)便以?xún)杀锻剿俣惹懈钷D(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生很大的感應(yīng)電勢(shì)和電流，該電流頻率較高。比如有1000A的工頻電流流過(guò)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(chǎng),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(guò)。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(guò)轉(zhuǎn)子本體,還流過(guò)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(huì)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(lèi)總所周知，在理想的三相交流電力系統(tǒng)中，電壓(電流)是對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)所致, 但是這種不平衡可經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)呢?fù)荷調(diào)整，降到允許范圍之內(nèi)。它對(duì)機(jī)組的運(yùn)行不會(huì)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(huì)對(duì)系統(tǒng)、機(jī)組產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞, 比如發(fā)變組主開(kāi)關(guān)的非全相運(yùn)行。對(duì)于發(fā)變組主開(kāi)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)故障，斷路器斷開(kāi)經(jīng)過(guò)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(duì)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(jiǎn)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(guó)220kV及以上電壓等級(jí)斷路器，由于產(chǎn)品自身問(wèn)題，檢修工藝問(wèn)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(jí)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(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行更為有效的保

20、護(hù)。但由于目前國(guó)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(guó)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(guó)大容量機(jī)組上的普遍使用。由于很多電廠沒(méi)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(guò)長(zhǎng)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(kāi)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(kāi)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(guó)發(fā)生過(guò)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(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)傳動(dòng)軸、鎖釘定期潤(rùn)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(mén)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(duì)主開(kāi)關(guān)的定期維護(hù)，壓縮空氣儲(chǔ)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(kāi)關(guān)操作本體處應(yīng)該設(shè)專(zhuān)人監(jiān)控，如遇三相開(kāi)關(guān)未全合上，則要通知遠(yuǎn)方將開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，然后運(yùn)行人員實(shí)施檢查。開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后（包括手動(dòng)跳開(kāi)、保護(hù)跳開(kāi)），應(yīng)對(duì)開(kāi)關(guān)跳合閘線圈進(jìn)行檢查，對(duì)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(duì)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(guò)8%額定值的水平，將給發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)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(lái)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(lái)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(zhǎng)時(shí)間地進(jìn)行檢修，給電廠的經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失，對(duì)當(dāng)?shù)厝彪姷碾娋W(wǎng)運(yùn)行也帶來(lái)一定安全隱患。非全相運(yùn)行對(duì)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(zhǎng)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(duì)稱(chēng)和非全相運(yùn)行情況下，零序電流長(zhǎng)期通過(guò)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(duì)稱(chēng)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(guó)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(guò)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(duì)變壓器的影響。6、非全相運(yùn)行負(fù)序電流的分析及對(duì)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(guó)發(fā)電機(jī)組非全相事故的多

25、發(fā)性，國(guó)內(nèi)相關(guān)學(xué)者進(jìn)行了很多的研究，其研究成果對(duì)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(duì)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(chǎng)與正常運(yùn)行時(shí)相反，相對(duì)于轉(zhuǎn)子它以2 倍的轉(zhuǎn)速掃過(guò)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(zhǎng)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(huì)使護(hù)環(huán)有松脫的危險(xiǎn)。所以對(duì)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(zhǎng)，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(duì)于轉(zhuǎn)子允許溫升值，大機(jī)組比中小型機(jī)組低?；谝陨显?，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(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面發(fā)熱，對(duì)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(kāi)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(guò)長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子的發(fā)熱條件已經(jīng)不能滿(mǎn)足故障安全要求，轉(zhuǎn)子表面局部高溫必然會(huì)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(guò)大，不僅會(huì)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(duì)于采用氫氣內(nèi)冷卻的汽輪發(fā)電機(jī)組，若振動(dòng)過(guò)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(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)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(lái)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(chǎng)的方向與正序電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反即按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在滅磁開(kāi)關(guān)未斷開(kāi)的情況下，通電的轉(zhuǎn)子線圈必然會(huì)受到一個(gè)逆時(shí)針?lè)较虻牧丶醋枇?，而原?dòng)機(jī)汽輪機(jī)所傳至大軸上的順時(shí)針?lè)较蛄夭蛔?，既使汽輪機(jī)主汽門(mén)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(chǎng)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(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(duì)稱(chēng)故障狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)可能受到的最大不對(duì)稱(chēng)負(fù)荷。當(dāng)承受這一不對(duì)稱(chēng)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(kāi)關(guān)的動(dòng)作情況，明確發(fā)電機(jī)事故對(duì)系統(tǒng)和用戶(hù)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(duì)非全相運(yùn)行進(jìn)行合理有效的分類(lèi)是分析研究的前提。非全相運(yùn)行一般采用對(duì)稱(chēng)分量法來(lái)分析計(jì)算。對(duì)稱(chēng)分

30、量法是一種線性變換，利用它可將任意一組不對(duì)稱(chēng)的三相電流(或電壓)分解成正序、負(fù)序和零序三組三相對(duì)稱(chēng)的電流(或電壓)，這三組各自獨(dú)立的對(duì)稱(chēng)電流(或電壓)就稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)電流(或電壓)的對(duì)稱(chēng)分量，每組對(duì)稱(chēng)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(duì)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(lèi)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(guò)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(kāi)的時(shí)間很短，約在(030ms)之間，對(duì)于線路發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，線路斷路器斷開(kāi)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(duì)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(zhǎng)，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(huì)對(duì)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(jiàn)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(jiàn)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(duì)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(wèn)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(duì)發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(duì)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(guó)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(lèi)似。對(duì)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(duì)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(duì)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(xiāo)松脫，液壓機(jī)構(gòu)閥桿變形，分、合閘線圈燒壞，輔助開(kāi)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(jiàn)的故障。由于二次回路濾波電容暫態(tài)問(wèn)題，該問(wèn)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(duì)于老電廠，端子箱與端子排長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行這樣的問(wèn)題將更加突出。寄生回路問(wèn)題在經(jīng)過(guò)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(méi)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(wèn)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(méi)有

36、進(jìn)行及時(shí)的處理與控制，會(huì)導(dǎo)致非全相運(yùn)行事故擴(kuò)大，例如：國(guó)內(nèi)某廠200MW單元機(jī)組在小修后啟動(dòng)開(kāi)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(méi)有及時(shí)查明原因。當(dāng)時(shí)有功負(fù)荷5MW，無(wú)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(méi)有加以分析及處理。當(dāng)有功負(fù)荷增加到40MW、無(wú)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(méi)有引起運(yùn)行人員的注意。又經(jīng)過(guò)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(guò)流保護(hù)動(dòng)作，值長(zhǎng)下令將負(fù)序過(guò)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(duì)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(zhǎng)。90年代初，開(kāi)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(kāi)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(huì)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(duì)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(duì)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(guó)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(guó)大容量機(jī)組上的普遍使用，由于沒(méi)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(guò)長(zhǎng)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(duì)于非全相運(yùn)行，一般采用對(duì)稱(chēng)分量法來(lái)分析計(jì)算。對(duì)稱(chēng)分量法是一種線性變換，利用它可將任意一組不對(duì)稱(chēng)的三相電流(或電壓)分解成正序、負(fù)序和零序三組三相對(duì)稱(chēng)的電流(或電壓)，這三組各自獨(dú)立的對(duì)稱(chēng)電流(或電壓)就稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)電流(或電壓)的對(duì)稱(chēng)分量，而每組對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)分量法來(lái)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(lèi)型來(lái)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(chēng)分量電流或電壓；3、對(duì)各對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)分量法對(duì)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(duì)應(yīng)的發(fā)變組高壓側(cè)斷路器斷開(kāi)的現(xiàn)象相同。變壓器兩側(cè)電壓、電流對(duì)稱(chēng)分量的相位關(guān)系電壓、電流對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(duì)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)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(guò)來(lái)，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(guò)程相類(lèi)

43、似。YN，d11變壓器兩側(cè)電流對(duì)稱(chēng)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(kāi)、兩相斷開(kāi)和三相未斷開(kāi)，但是系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)這三種方式

44、，單相斷開(kāi)與兩相斷開(kāi)是系統(tǒng)不對(duì)稱(chēng)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(kāi)發(fā)變組高壓側(cè)出口兩相斷開(kāi)時(shí)，可以假設(shè)B、C兩相斷開(kāi)。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(kāi)這種情況相當(dāng)于：發(fā)電機(jī)解列時(shí)，A相未斷開(kāi)；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(duì)稱(chēng)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(shì)，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(kāi)時(shí)發(fā)變組

45、高壓側(cè)電流對(duì)稱(chēng)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(wú)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(kāi)時(shí)定子繞組中電流對(duì)稱(chēng)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(guò)程見(jiàn)圖4-12，可以看出：當(dāng)B、C兩相斷開(kāi)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(kāi)和A、B相斷開(kāi)時(shí)發(fā)電機(jī)三相電流之間的關(guān)系，此關(guān)系見(jiàn)表4-1，圖4-12 電流對(duì)稱(chēng)分量疊加表4-1 發(fā)變組高壓側(cè)出口兩相斷開(kāi)時(shí)發(fā)電機(jī)定

46、子電流關(guān)系非全相類(lèi)型發(fā)電機(jī)定子電流a相b相c相B、C兩相斷開(kāi)等于c相電流0等于a相電流A、C兩相斷開(kāi)等于b相電流等于a相電流0A、B兩相斷開(kāi)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(kāi)發(fā)變組高壓側(cè)出口單相斷開(kāi)時(shí)，為分析方便，假設(shè)A相斷開(kāi)，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(kāi)，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(kāi)對(duì)稱(chēng)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(shì)，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(guò)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(kāi)時(shí)發(fā)變組高壓側(cè)電流對(duì)稱(chēng)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(wú)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(kāi)時(shí)定子繞組中電流對(duì)稱(chēng)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(guò)發(fā)電機(jī)的定子電流(即表計(jì)所顯示的電流值)，疊加過(guò)程見(jiàn)圖4-16所示，圖4-16 A相斷開(kāi)時(shí)定子繞組中電流對(duì)稱(chēng)分量疊加相量圖可以看出：當(dāng)A相斷開(kāi)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(kāi)與C相斷開(kāi)時(shí)發(fā)電機(jī)三相電流之間的關(guān)系，此關(guān)系見(jiàn)表4-2，表4-2 發(fā)變組高壓側(cè)單相斷開(kāi)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(kāi)時(shí)發(fā)電機(jī)定子電流關(guān)系非全相類(lèi)型非全相類(lèi)型發(fā)電機(jī)定子電流最大相另兩相電流A相斷開(kāi)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(kāi)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(kāi)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(jiǎn)述和電力系統(tǒng)建模5.1 MATLAB開(kāi)發(fā)工具簡(jiǎn)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(guó)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(kù)程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN編寫(xiě)的萌芽狀態(tài)的MATLAB。經(jīng)過(guò)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(chǎng)。從那時(shí)起，MATLAB的核心采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，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(hào)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(hù)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(kù)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(jí)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(kāi)、級(jí)數(shù)求和。2、代數(shù)：求逆、特征值、行列式、代數(shù)方程解的簡(jiǎn)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(hào)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(wèn)題的求解：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃等問(wèn)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(mén)廣泛應(yīng)用，使科學(xué)研究和解決具體各種問(wèn)題的效率大大提高。被稱(chēng)為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)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(yǔ)言的特點(diǎn)，它使人們無(wú)須直接對(duì)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(lái)。MATLAB最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔，它用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C語(yǔ)言和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶(hù)帶來(lái)的是最直觀，最簡(jiǎn)潔的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。下面簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。1、簡(jiǎn)潔靈活的語(yǔ)言風(fēng)格語(yǔ)言十分簡(jiǎn)單，使用靈活方便，書(shū)寫(xiě)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(xiě)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(guò)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(shí)自然，使得問(wèn)題和解答像計(jì)算機(jī)式子一般的簡(jiǎn)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(jué)化功能MATLAB的面向圖形構(gòu)架讓使用者可執(zhí)行視覺(jué)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(lèi)：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。前者主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)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(zhuān)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(jiǎn)單的程序環(huán)境作為一種解釋型程序語(yǔ)言，MATLAB允許用戶(hù)在短時(shí)間內(nèi)寫(xiě)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(kāi)放及可延伸的架構(gòu)MATLAB允許用戶(hù)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(chēng)為用戶(hù)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(lái)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(duì)求助內(nèi)容的回答及時(shí)準(zhǔn)確。用help命令查詢(xún)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(shì)，聯(lián)合眾多電力領(lǐng)域的專(zhuān)家，開(kāi)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(shì)：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(kù)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(tái)。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(hào)處理技術(shù)的成熟，各種信號(hào)處理方法在電力方面的應(yīng)用尤為重要。MATLAB提供的信號(hào)處理工具箱、數(shù)字信號(hào)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(guò)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(hào)分析。MATLAB提供給技術(shù)人員和科研人員的不僅僅是各類(lèi)問(wèn)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(jiǎn)單?；谝陨纤?，電力科研工作者和工程技術(shù)人員很早就開(kāi)始應(yīng)用它來(lái)進(jìn)行電力系統(tǒng)有關(guān)問(wèn)題的仿真分析和輔助設(shè)計(jì)。5.2 Simulink模塊庫(kù)和子系統(tǒng)簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)PSB簡(jiǎn)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