基于內(nèi)部故障仿真數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)主保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)探索分析

潘秋萍　王喜燕

【摘 要】本文主要對(duì)基于內(nèi)部故障仿真數(shù)據(jù)發(fā)電機(jī)主保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行分析。該系統(tǒng)可以利用多個(gè)回路理論建成數(shù)據(jù)模型，然后計(jì)算內(nèi)部故障的數(shù)據(jù)，以COMTRADE格式進(jìn)行儲(chǔ)存。在保護(hù)測(cè)試時(shí)，可以利用測(cè)試儀故障波形回放功能，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)到模擬保護(hù)裝置的轉(zhuǎn)化，保證了裝置測(cè)試的順利進(jìn)展。經(jīng)過(guò)仿真測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高等特點(diǎn)，可以記錄發(fā)電機(jī)主保護(hù)產(chǎn)生的各種故障。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)；主保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)；內(nèi)部故障仿真計(jì)算；暫態(tài)測(cè)試

大型發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為電力企業(yè)發(fā)展中的主要組成部分，但是隨著發(fā)電機(jī)容量的不斷增大，故障問(wèn)題越來(lái)越多，為了減少內(nèi)部故障對(duì)發(fā)電機(jī)造成的損害，必須對(duì)故障產(chǎn)生的因素進(jìn)行分析，提高故障保護(hù)靈敏性，給發(fā)電機(jī)提供合適的保護(hù)方案。本文主要借助理想數(shù)據(jù)完成發(fā)電機(jī)故障測(cè)試，構(gòu)造價(jià)格低廉、操作便捷的測(cè)試系統(tǒng)，保證發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置測(cè)試的順利開(kāi)展。

1 系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)

此系統(tǒng)主要開(kāi)發(fā)工具是VisualC++6.0，可以在Windows平臺(tái)上運(yùn)行，利用ODBC接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)。該系統(tǒng)采用了分層結(jié)構(gòu)模式，以前臺(tái)圖像界面和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理為基礎(chǔ)，利用模塊拼接方式，實(shí)現(xiàn)各功能模塊連接，有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和統(tǒng)一管理。系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)主要由圖像參數(shù)管理、發(fā)電機(jī)參數(shù)管理、內(nèi)部故障仿真計(jì)算、仿真數(shù)據(jù)COMTRADE格式轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換和功率放大、測(cè)試發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置等組成。

1.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)管理

由于發(fā)電機(jī)定子繞組故障暫態(tài)仿真計(jì)算涉及眾多電子參數(shù)和外部系統(tǒng)參數(shù)領(lǐng)域，所以，直接在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部修改或輸入?yún)?shù)，容易因操作失誤造成仿真計(jì)算機(jī)問(wèn)題。本系統(tǒng)利用圖形截面對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行管理。

1.2 發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障仿真計(jì)算

根據(jù)相關(guān)研究，本次研究根據(jù)回路相關(guān)理論，建立了發(fā)電機(jī)和無(wú)窮系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障發(fā)生的暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析。該方法的研究?jī)?yōu)勢(shì)是：讓定子繞組故障的短路電流等效為一條獨(dú)立的支路，該支路可以按照非故障分支回路寫電壓和磁鏈方程。轉(zhuǎn)子繞組必須遵循正常繞組方法。例如，可以將阻尼繞組等效成橫軸和縱軸阻尼繞組。本仿真建立了基于正常電視的直軸同步電抗Xd、直軸電鈕反應(yīng)電抗Xad、交軸同步電抗Xq和交軸電鈕反應(yīng)電抗Xaq等故障電阻電感的計(jì)算方法，操作較簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)可以對(duì)同一分支匝間短路、同相不同分支繞組短路等故障情況進(jìn)行仿真計(jì)算，獲得的分支電流、異相分支繞組短路電流和機(jī)端電壓暫態(tài)數(shù)值。

1.3 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式

本系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)模式模塊轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換格式COMTRTADE。完成轉(zhuǎn)換后，主要由頭文件、配置文件、數(shù)據(jù)文件和信息文件等組成。由于COMTRADE91不能反映參數(shù)信息缺陷，所以必須對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。具體可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行操作：

第一，給每路模擬通道都增加反映TV和TA變化以及決定錄波數(shù)據(jù)的字段，保證軟件可以根據(jù)分析狀況實(shí)現(xiàn)錄波數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。第二，開(kāi)關(guān)量通道全部增加了相位以及監(jiān)視元件字段，保證了開(kāi)關(guān)量變位信息的準(zhǔn)確性。第三，對(duì)每個(gè)字段的格式、數(shù)據(jù)和字段類型等做了明確規(guī)定，可以幫助用戶更好的進(jìn)行軟件編制和利用。

1.4 功率放大和D/A轉(zhuǎn)換

為了保證裝置可以進(jìn)行測(cè)試，還必須利用D/A轉(zhuǎn)換和功率放大，將COMTRADE格式的數(shù)字量變化才能電流模擬量和二次側(cè)電壓，然后進(jìn)行插件測(cè)試。D/A轉(zhuǎn)換和功率放大是系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)測(cè)試精確度具有很大影響。目前使用的微機(jī)保護(hù)測(cè)試儀暫態(tài)回放都可以提供暫態(tài)回放功能，保證COMTRADE格式文件內(nèi)部數(shù)據(jù)可以利用計(jì)算機(jī)傳給繼電保護(hù)測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)文件數(shù)字波形一直模擬輸出。此系統(tǒng)利用較先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)和特殊設(shè)計(jì)的無(wú)耦合直流功率放大器進(jìn)行操作，其輸出頻率在1-3kHz之間，可以滿足短路時(shí)直流、諧波分量頻率輸出的要求，保證故障數(shù)據(jù)暫態(tài)回放的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

2 測(cè)試方案

安置發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)裝置。根據(jù)發(fā)電機(jī)特點(diǎn)可知，該系統(tǒng)內(nèi)利用開(kāi)環(huán)方式操作。本次以某兩分支發(fā)電機(jī)A相1分支匝短路測(cè)試進(jìn)行分析，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)測(cè)試流程。首先，對(duì)保護(hù)裝置不完全縱差保護(hù)功能進(jìn)行測(cè)試，保證所需電量是A相分支電流和A相電流，完成測(cè)試后，對(duì)作業(yè)指導(dǎo)書、測(cè)試儀裝置接線進(jìn)行保護(hù)，開(kāi)啟截面，輸入發(fā)電機(jī)相關(guān)參數(shù)，利用發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障仿真程序?qū)嵤┕收戏抡嬗?jì)算，同時(shí)以COMTRADE格式儲(chǔ)存。測(cè)試儀讀入COMTRADE文件之后，可以將其轉(zhuǎn)化為二次側(cè)電流輸出。由于正常運(yùn)行數(shù)據(jù)周期性變化，所以可以長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)輸出該周期內(nèi)波的數(shù)據(jù)，發(fā)生故障后，按照順序輸出過(guò)程數(shù)據(jù)，然后對(duì)保護(hù)裝置實(shí)時(shí)系統(tǒng)號(hào)進(jìn)行監(jiān)視，并觀察保護(hù)情況，直到完成所有數(shù)據(jù)輸出，最后按照測(cè)試情況，完成裝置測(cè)試報(bào)告。發(fā)生匝間短路故障后，從相故障電流和A相分支故障電流回放的波形圖進(jìn)行分析。該系統(tǒng)主要利用一臺(tái)PW30A微機(jī)型繼電保護(hù)測(cè)試儀和一臺(tái)主機(jī)完成了TF21-5M1發(fā)電保護(hù)測(cè)試，主要對(duì)發(fā)電機(jī)在各種故障下的動(dòng)作狀況進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，仿真故障主要包括定子繞組相見(jiàn)短路、同相不同分支繞組短路和同一分支繞組匝間短路等。

3 結(jié)束語(yǔ)

該測(cè)試系統(tǒng)探索是對(duì)動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)的一種填補(bǔ)，可以支持USB接口測(cè)試儀和計(jì)算機(jī)的同步通信，提高了COMTRADE格式數(shù)據(jù)文件的傳輸速率，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)試儀同步驅(qū)動(dòng)，模擬更多點(diǎn)變化，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)電氣保護(hù)控制系統(tǒng)測(cè)試。隨著數(shù)字式接口新型保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用，省略了功率放大環(huán)節(jié)，使測(cè)試系統(tǒng)可以更加便捷。

【參考文獻(xiàn)】

[1]肖仕武.同步發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部故障暫態(tài)仿真及其應(yīng)用的研究[J].華北電力大學(xué)，2010（03）.

[2]胡浩.基于內(nèi)部故障仿真數(shù)據(jù)的發(fā)電機(jī)主保護(hù)測(cè)試系統(tǒng)研究[J].上海交通大學(xué)，2014（03）.

[3]劉益青.智能變電站站域后備保護(hù)原理及實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究[J].山東大學(xué)，2013（04）.

[4]李夢(mèng)喬.水輪發(fā)電機(jī)定子疊繞組內(nèi)部故障的暫態(tài)分析[J].哈爾濱理工大學(xué)，2015（03）.

[責(zé)任編輯：王偉平]