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1、毕业设计说明书发电机差动保护与模拟 学生姓名： 班级学号： 院、系、部： 专 业：电气工程及其自动化（继电保护） 指导教师： 张阳：发电机差动保护与模拟摘要发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应针对各种不同的故障和不正常运行状态，装设性能完善的继电保护装置。发电机纵差保护是发电机定子绕组及其引出线相间短路的主保护，它能快速切断内部所发生的故障，同时在正常运行及外部故障时，又能保证动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。本文介绍了发电机差动保护原理；并利用MATLAB仿
2、真软件对发电机差动保护进行了仿真，验证了发电机差动保护。关键词 发电机;故障;差动保护;MATLAB仿真33AbstractTo ensure safe operation of the generator power system of power quality work and play a decisive role, and generator is also very expensive itself, therefore, should be electrical equipment in different kinds of fault and not normal opera
3、tion condition, furnish perfect protection device. Longitudinal differential protection is generator stator windings and lead wire with main protection, it can quickly cut inside what happened in normal operation, fault fault, and the external can ensure the action of the reliability of selectivity
4、and work. In the protection scope, should occur with generator circuit breaker automatically disconnect instantly destroyed and magnetic switch. The paper introduces the differential protection principle, generators, MATLAB simulation software and differential protection for generator is simulated,
5、and verifies the generator differential protection.Key Words generator, fault, differential protection, matlab simulation目录摘要1Abstract11 绪论11.1 本毕业设计所要解决的问题21.2 本次毕业设计的成果22 发电机差动保护原理32.1 引言32.2 发电机的故障和异常运行状态42.3 发电机差动保护装设的原则82.4 发电机几种纵差动保护的原理62.4.1 比率制动式差动保护的原理62.4.2 标积制动式差动保护的原理92.5 不完全差动保护102.6 发电
6、机相间短路分析133 对RCS-985系列发电机保护装置的整定计算163.1 RCS-985发电机保护装置简介163.4技术参数183.5 对RCS-985发电机保护装置的整定计算183.5.1 纵差动保护灵敏度系数的定义与校验183.5.2 纵差动保护的整定203.5.3对RCS-985的整定计算214 模拟仿真244.1微机保护算法244.1.1 傅里叶算法264.1.2 全周波傅里叶算法274.1.3 半周波傅里叶算法294.2电力系统仿真模型304.3 数据采样计算304.4 M语言编程315 结论32谢辞33参考文献34附录：外文资料翻译35A1.1 发电机保护代理技术的应用研究35
7、A1.2 Research on Application of Agent in Generator Protection371 绪论发电机是电力系统中最重要、最贵重的元件，发电机的单机容量也越来越大。在国内，单机600MW的发电机组已不再少见。它的损坏将给整个电力系统，甚至社会经济、政治造成灾难性后果。发电机绕组中性点一般不直接接地，而是通过高阻接地、消弧线圈接地或不接地，故发电机的定子绕组都设计为全绝缘。尽管如此，发电机定子绕组仍可能由于绝缘仍可能由于绝缘老化、或者过电压冲击、或者机械振动等原因发生单相接地和短路故障。由于发电机定子单相接地并不会引起的短路电流，不属于严重的短路性故障。发电
8、机内部短路故障主要是指定子的各种相间和匝间短路故障，短路故障时在发电机被短接的绕组中将会出现很大的短路电流，严重损伤发电机本体，甚至使发电机报废，危害十分严重，发电机修复的费用也非常高。因此，发电机定子绕组的短路故障保护历来是发电机保护的研究重点之一。发电机可能发生单相接地，然后由于电弧引发故障点处相间短路；直接发生线棒间绝缘击穿形成的相见短路；发生单相接地，然后由于电位的变化引发其他地点发生另一点的接地，从而构成两点接地短路；发电机端部放电构成相见短路；定子绕组同一相的匝间短路故障。另外发电机的不正常运行状态主要有：由于外部短路引起的定子绕组过电流；由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称
9、过负荷；由外部不对称短路或不对称负荷（如单相负荷，非全相运行等）而引起的发电机负序过电流；由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压；由于励磁回路故障或强励磁时间过长而引起的转子绕组过负荷；由于汽轮机主气门突然关闭而引起的发电机逆功率等。所以发电机必须有性能完善的保护装置，最大限度地减轻机组损伤和保持系统安全运行。保护动作于发电机断路器跳闸的同时还必须动作于自动灭磁开关，断开发电机励磁回路，使定子绕组中不再感应出电动势，继续给短路电流。可见重视大容量机组的保护装置的研究是完全必要的。目前使用作为发电机主要保护装置的是纵差动保护。按照通常的条件进行灵敏度系数的校验，此时短路电流较大，一般均能满足要求。
10、但是考虑到纵差动保护是作为发电机的主要保护装置，保护的区域主要应该是发电机的内部，当故障在发电机中性点附近，经过渡电阻短路时，故障电流的数值往往很小，保护装置不能起动，存在着死区（通常为5%-10%），后备保护这时一般也不动作，只可能等待故障进一步发展后再来切除，显然这时可能已对发电机造成较大的危害，因此，如何减小保护区域的死区，甚至消除死区，提高保护装置对机组内部故障的反映能力，是目前国内外广大保护工作者致力研究的课题之一。1.1 本毕业设计所要解决的问题本次毕业设计的主要内容是对发电机差动保护综述、模拟仿真以及针对现行主要厂家发电机差动保护装置进行整定计算。在本次毕业设计中，为了对发电机差
11、动保护进行模拟仿真，首先要知道发电机差动保护的原理，作为发电机主保护的纵联差动保护，目前有多种类型。按照构成原理分类，微机型发电机纵差保护有两种类型：比率制动原理、标积制动原理。为了对其仿真，需要用到MATLAB仿真软件，因此就需要认真阅读相关的MATLAB仿真软件的资料，在理解MATLAB软件具体功能的基础上才能编程仿真。本设计就是根据发电机比率制动差动保护原理运用MATLAB软件编写发电机差动保护的程序。最后对RCS-985发电机保护装置进行差动保护的整定计算。1.2 本次毕业设计的成果在本次毕业设计中，最主要的成果就是编写了发电机差动保护的仿真程序以及对RCS-985发电机保护装置进行差
12、动保护的整定计算。2 发电机差动保护原理2.1 引言差动保护有纵联差动保护和横联差动保护两种。本设计主要研究发电机的纵差动保护。发电机的纵差保护，是发电机定子绕组及其引出线发生相间短路时的主保护，因此，它能快速切断内部所发生的故障，同时在正常运行及外部故障时，又应能保证动作的选择性和工作的可靠性。在保护范围内发生相间短路时，应瞬间断开发电机断路器和自动灭磁开关。这种保护是利用发电机中性点侧和引出线侧电流幅值和相位原理构成，因此在发电机中性点测和引出线侧装设特性和变比完全相同的电流互感器来实现纵差动保护。两组电流互感器之间为纵差动保护范围。电流互感器二次绕组按照循环电流法接线，即如果两组电流互感
13、器一次侧分别以中性点和母线侧为正极性，则二次侧同极性相连接。差动继电器与两侧电流互感器的二次绕组并联。保护单相原理接线图如图2.1所示。图2.1 发电机纵差动保护原理图 图2.1中以一相为例，规定一次电流以流入发电机为正方向。当正常运行以及发生保护区外故障时，流入差动继电器的差动电流为零，继电器将不会动作。当发生发电机内部故障时，流入差动继电器的差动电流将会出现较大的数值，当差动电流超过整定值时，继电器判为发生了发电机内部故障而动作于跳闸。发电机纵差保护的构成，如图2.2所示。图2.2 发电机纵差动保护的构成当有两台以上发电机并列运行时，如果发电机绕组或引出线上发生相间短路，例如上图中发电机1
14、DG的A、B相引出线发生相间短路时，A、B之间总短路电流是由两部分供给的，一部分是由1DG供给，另一部分是由2DG供给，所以当1DG绕组或引出线发生相间短路是，不仅要使1DG的1QF断开，以切断2DG供给的短路电流，而且要使1DG灭磁，以消除1DG供给的短路电流。纵差保护由两组电流互感器1TA和2TA组成，1TA安装在发电机出口断路器附近，2TA安装在发电机中性点引出线上，1TA和2TA之间的范围即为纵差保护区。纵差保护在原理上不反映负荷电流和外部短路电流，只反应发电机两侧电流互感器之间保护区内的故障电流，因此，纵差保护在时限上不必与其他时限配合，可以瞬时动作于跳闸。2.2 发电机的故障和异常
15、运行状态发电机是电力系统中重要设备。保证发电机的安全和防止其本身遭受损害对电力系统的稳定运行、对负荷的不间断供电起着决定性作用。发电机在运行过程中还要承受原动机械力矩的作用和轴承摩擦力的作用。因此，发电机在运行过程中出现故障及不正常运行情况就不可避免。发电机的内部故障主要是由定子绕组及转子绕组绝缘损坏引起的，常见的故障有：（1） 定子绕组相间短路：危害最大；（2） 定子绕组单相匝间短路：可能发展为单相接地短路和相间短路；（3） 定子绕组单相接地：较常见，可造成铁心烧损或局部熔化；（4） 转子绕组一点接地或两点接地：一点接地时危害不严重：两点接地时，因破坏了转子磁通平衡，可能引起发电机的强烈振动或将转子绕组烧坏；（5） 转子励磁回路电流消失：从系统吸收无功功率，造成失步，从而引起系统电压下降，甚至可使系统崩溃。发电机的不
