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1、（建筑电气工程）同步发电机电气试验和继电保护设计摘要随着科技的进步和经济的不断发展，我国用电量需求越来越大。各地区和城镇的供电系统容量呈逐年递增的趋势，大容量的发电机组也在不断的增加。电力系统中，同步发电机是最为核心的部分，发电机是否能长期稳定的运行对于整个电力系统的安全来说起着决定性的作用。由于发电机在设计和制造过程中，不可避免的会存在一定的问题，因此发电机投入使用之前应该先按照规定进行相关的电气试验，以防止带有故障的发电机被投入使用。发电机长期不停地运行的过程中热、磁、电、摩擦、震动等因素都会给发电机带来潜在的危害，大容量发电机复杂的内部结构给其故障检测和继电保护都带来了极大的挑战。人们对
2、电网的稳定性和安全性的要求越来越高，传统的电气故障检测和继电保护不能满足现代电力系统的需求，因此亟需深入地研究同步发电机的故障检测方法，研究在线检测电网中发电机的电气量的方法和研究电网中大型发电机进行继电保护。本论文首先对同步发电机的进行了研究，了解同步发电机的现场实际运用状况，发现越来越多的大容量发电机在电力系统中被投入使用，然而现在国内几乎没有针对大型同步发电机完整的从故障试验到继电保护的研究，本论文结合大型同步发电机的特点，根据同步发电机的内部物理结构，数学模型以及工作原理，对同步发电机进行了故障分析，并详细对定子绝缘故障和转子绕组匝间短路的检测方法进行了介绍。在分析发电机故障成因和现象
3、的基础上，设计出一套在线监测系统，包括了硬件结构部分和软件设计部分，该监测系统能够实时对电力系统中发电机的各个重要电气量进行检测。论文还对电力系统中大型发电机的继电保护进行了设计，包括整体保护方案的设计和主保护，接地保护的详细设计，并提出发电机主保护的优化配置方案。关键词：同步发电机 故障 电气试验 继电保护AbstractWith the advancement of technology and the development of economy, Chinas demand for electricity is growing. Power supply is increasing e
4、very year in various regions and large-capacity generators constantly increasing. In the power system, synchronous generator is the most central part. Whether the generator can be operated stably plays a decisive role for security of the entire power system. The generator will be some damaged in the
5、 design and manufacturing process inevitably. Therefore, the generator need to be tests before it be putted into use to prevent faulty. Generators need to keep long-time operation and the heat, magnetism, electricity, friction, vibration, will cause damage to the generator. The large-capacity genera
6、tors has complex internal structure, therefore, fault detection and protection are very difficult. People have become increasingly demanding for stability and security of the grid. The traditional electrical fault detection and protection cant meet the needs of modern power systems. Therefore, study
7、 of synchronous generator fault detection method and large generator protection in-depth is very urgent. This paper studies the synchronous generator and understands the actual situation use of synchronous generators. The study find that more and more large-capacity generators to be used in the powe
8、r system. However, there was almost no complete study of large synchronous generator including electrical test and protection. This study based on the characteristics of large generators. Analysis fault conditions of synchronous generator according to the internal physical structure, mathematical mo
9、dels and principle of work. This paper describes the detection method of stator insulation fault and Rotor winding inter-turn short circuit fault detailedly. A set of on-line monitoring system was designed in this paper. The monitoring system includes the hardware design and software design. It can
10、detect the status of the generator in real time. It also designed a protection scheme about large generator, including the design of the overall protection scheme, grounding protection design, etc. It presents an optimization method about generator main protection in the end of the paper. Key Words:
11、 Synchronous Generator，Fault，Electrical test， Protection目录摘要IAbstractII目录III图表目录VI第1章 绪论11.1 课题背景与意义11.2 国内外研究现状21.2.1 同步发电机电气故障及试验的研究现状21.2.2 同步发电机继电保护研究现状41.4 研究目标与研究内容61.4.1 研究目标61.4.2 研究内容6第2章 同步发电机的电气试验82.1 同步发电机的基本理论82.1.1 同步发电机的分类82.1.2 同步发电机物理模型82.1.3 同步发电机工作原理92.2 同步发电机的电气故障现象及原因分析112.3 同步发
12、电机运行特性测试112.3.1 空载特性试验122.3.2 短路特性试验132.3.3 负载特性试验132.4 定子绕组绝缘测试142.4.1 定子绕组介质损耗测试142.4.2 定子绕组局部放电测试152.5 转子绕组匝间短路测试162.6 STC-5型同步发电机电气试验测试及分析162.6.1 STC-5型同步发电机额定参数162.6.2 STC-5型同步发电机空载特性测试162.6.3 STC-5型同步发电机短路特性测试172.6.4 STC-5型同步发电机转子绕组匝间短路故障测试182.6.5 试验结果分析192.7 本章小结20第3章 同步发电机在线监测系统设计213.1 同步发电机
13、在线监测现状213.2 需求分析213.2.1 功能需求分析223.2.2 非功能需求分析233.2.3 可行性分析233.3 硬件设计243.3.1 硬件连接电路设计243.3.2 数据采集方案设计253.3.3 模拟量采集电路设计253.3.4 数字量采集电路设计253.4 软件设计263.4.1 软件整体方案设计263.4.2 功能模块设计263.5 本章小结27第4章 同步发电机的继电保护设计284.1 发电机保护284.1.1 发电机主保护284.1.2 发电机定子接地保护294.1.3 异常运行保护304.2大型发电机继电保护设计304.2.1 总体方案设计304.2.2 发电机主
14、保护设计314.2.3 接地保护设计324.2.4 异常保护设计334.3 同步发电机主保护方案优化设计334.4 本章小结34第5章 总结与展望355.1 总结355.2 展望35参考文献37在学研究成果41致谢42图表目录图目录图2.1 同步发电机结构模型8图2.2 凸极式同步发电机结构9图2.3 同步发电机等效电路10图2.4同步发电机空载特性曲线12图2.5 同步发电机短路特性曲线13图2.6 零功率因素负载特性曲线14图2.7 定子绕组介质损耗测试电路图15图2.8定子绕组局部放电测试电路图15图2.9 STC-5型同步发电机实际空载特性曲线17图2.10 STC-5型同步发电机实际短路特性曲线18图2.11 STC-5型同步发电机转子绕组匝间短路时空载特性19图2.10 STC-5型同步发电机转子绕组匝间短路时短路特性曲线19图3.1 监测系统功能需求图20图 3.2硬件结构框架设计22图3.3 数据采集流程23图3.4 模拟信号采集流程23 图3.5 智能电量采集流程24 图3.6 软件整体方
