隨著互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,電力系統(tǒng)正向著“大機組、特高壓、大電網(wǎng)”方向發(fā)展。大機組在絕緣、結構工藝、設計、運行等方面出現(xiàn)了很多新的特點,對發(fā)電機保護提出了更多、更高的要求；大電網(wǎng)的遠距離、跨區(qū)域送電的特點,使得電網(wǎng)結構復雜、運行控制困難,導致電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題更加突出,機網(wǎng)協(xié)調(diào)變得更加迫切。而涉網(wǎng)保護,如定/轉(zhuǎn)子接地保護、失磁保護、失步保護等,不完善、可靠性不高,它們在大電網(wǎng)事故中的不正確、不合理動作加劇了電網(wǎng)的崩潰,是發(fā)電機保護的固疾、頑疾,也是電網(wǎng)安全穩(wěn)定的潛在威脅。

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

接著研究分析了注入式定子接地保護的原理、方案設計,以及影響其靈敏度的因素。研究發(fā)現(xiàn)發(fā)電機接地變壓器的參數(shù)對保護靈敏度和誤差影響很大,并且在工程應用中調(diào)試、補償復雜,難以準確。針對這些問題提出了不受接地變參數(shù)影響的新保護方案。新方案將注入與測量回路分開,使保護不受接地變參數(shù)的影響,無需補償就能達到很高的靈敏度,簡化了工程調(diào)試。動模試驗和現(xiàn)場試驗也驗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,分析了它的特點和不足。針對其受發(fā)電機負荷變化影響大的缺點,提出自適應負荷變化的新型失磁保護方案。通過仿真證明了新方案的有效性,尤其是在較小負荷下,與傳統(tǒng)的靜穩(wěn)極限阻抗圓判據(jù)相比,動作更加快速、可靠。研究分析了發(fā)電機失磁過程中的阻抗軌跡特征,并提出3種失磁保護新判據(jù)。

新判據(jù)利用了失磁過程中的3個電氣量：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方案。新方案在失磁后立刻就能檢測到,經(jīng)過短暫延時,躲過可能的非失磁故障造成的擾動,就可以快速發(fā)信。經(jīng)過仿真驗證表明,新方案在各種失磁和非失磁工況下都能準確、可靠動作。研究了等能量法和等面積法的發(fā)電機失步保護。提出基于實時機械功率測量和等能量法的新型失步保護方案。新失步保護方案能跟蹤測量發(fā)電機的實時機械功率,使等能量法的失步保護在采取快關汽門等緊急控制手段時更加準確、可靠。研究了擴展等面積法的暫態(tài)穩(wěn)定分析方法,提出一種基于廣域測量系統(tǒng)和擴展等面積法的多機失步保護方案。新方案通過廣域測量系統(tǒng)獲取各發(fā)電機的功率、功角數(shù)據(jù),利用擴展等面積法判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)仿真驗證了保護方案的有效性。zui后總結了大型發(fā)電機組的特殊性及其對發(fā)電機保護提出的新要求,根據(jù)大型發(fā)電機組的特殊性和現(xiàn)代大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的需要,總結了相關發(fā)電機保護的配置原則。

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