无刷励磁同步发电机转子一点接地保护的研究

摘要

现代的电力工业，大都采用同步发电机发电。同步发电机在电力系统中居于生产中的关键位置，它的运行可靠性直接影响到发电厂的稳定运行和向用户安全、经济的供电。由于受到安装和结构方面的一定限制，发电机在高速旋转时转子要受到很大的离心力的影响，转子绕组经常发生绝缘故障。
　　 转子绕组接地是常见故障之一。当转子发生一点接地故障后不会对发电机构成直接的危害，发电机仍能运行。如若再发生第二个接地点便构成了两点接地短路故障，这将危及发电机和系统的安全。因此，从安全生产的角度出发，必须安装转子一点接地保护装置对发电机进行保护，防止再发生第二个接地故障点。目前应用最多的转子一点接地保护方法和技术主要是针对有刷同步发电机，对于无刷励磁同步发电机的转子接地保护问题依然没有较好的解决方案。
　　 通过借鉴有刷同步发电机的转子接地保护方法，本文针对无刷励磁同步发电机的特殊结构和工作原理，提出了简单、可靠、完善的无刷励磁同步发电机转子一点接地保护新原理：①保持一次硬件回路不变，即保留无刷励磁同步发电机转子绕组的固有引出方式(只引出转子绕组的负端)，提出了3种转子绕组负极单端注入外部电源的接地保护方案，即单端注入方波电压式原理、改进的叠加直流电压式原理以及注入式、乒乓式联合使用的转子接地保护原理。②采用自动举刷方式改变转子绕组的引出方式(由固定负端引出变更为正负两端均被引出)，进而提出了2种转子绕组正负极两端注入外部电源的接地保护方案，即双端注入直流电压的乒乓式原理以及双端注入方波电压式原理。文章给出了一点接地保护新原理、接地电阻计算方法和保护的动作判据。为了验证保护原理的正确性，文章利用Matlab/Simulink软件构建了转子一点接地故障仿真模型。仿真试验结果表明，接地保护新原理能够满足无刷励磁同步发电机实际运行需要的精度和灵敏度。
　　 本课题的研究为无刷励磁同步发电机的转子一点接地保护提供了理论依据。