基于內部故障仿真數據的發電機主保護測試系統探索分析

潘秋萍　王喜燕

【摘 要】本文主要對基于內部故障仿真數據發電機主保護測試系統進行分析。該系統可以利用多個回路理論建成數據模型，然后計算內部故障的數據，以COMTRADE格式進行儲存。在保護測試時，可以利用測試儀故障波形回放功能，實現儲存數據到模擬保護裝置的轉化，保證了裝置測試的順利進展。經過仿真測試發現，該系統具有體積小、結構簡單、精度高等特點，可以記錄發電機主保護產生的各種故障。

【關鍵詞】發電機；主保護測試系統；內部故障仿真計算；暫態測試

大型發電機已經成為電力企業發展中的主要組成部分，但是隨著發電機容量的不斷增大，故障問題越來越多，為了減少內部故障對發電機造成的損害，必須對故障產生的因素進行分析，提高故障保護靈敏性，給發電機提供合適的保護方案。本文主要借助理想數據完成發電機故障測試，構造價格低廉、操作便捷的測試系統，保證發電機保護裝置測試的順利開展。

1 系統內部結構和功能特點

此系統主要開發工具是VisualC++6.0，可以在Windows平臺上運行，利用ODBC接口實現數據庫訪問。該系統采用了分層結構模式，以前臺圖像界面和后臺數據庫管理為基礎，利用模塊拼接方式，實現各功能模塊連接，有利于系統功能的擴展和統一管理。系統具體結構主要由圖像參數管理、發電機參數管理、內部故障仿真計算、仿真數據COMTRADE格式轉換、D/A轉換和功率放大、測試發電機保護裝置等組成。

1.1 發電機參數管理

由于發電機定子繞組故障暫態仿真計算涉及眾多電子參數和外部系統參數領域，所以，直接在數據庫內部修改或輸入參數，容易因操作失誤造成仿真計算機問題。本系統利用圖形截面對各項參數進行管理。

1.2 發電機內部故障仿真計算

根據相關研究，本次研究根據回路相關理論，建立了發電機和無窮系統數學模型，并對發電機內部故障發生的暫態過程進行分析。該方法的研究優勢是：讓定子繞組故障的短路電流等效為一條獨立的支路，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、直軸電鈕反應電抗Xad、交軸同步電抗Xq和交軸電鈕反應電抗Xaq等故障電阻電感的計算方法，操作較簡單。該系統可以對同一分支匝間短路、同相不同分支繞組短路等故障情況進行仿真計算，獲得的分支電流、異相分支繞組短路電流和機端電壓暫態數值。

1.3 轉換數據格式

本系統可以將數據模式模塊轉化為標準系統暫態數據交換格式COMTRTADE。完成轉換后，主要由頭文件、配置文件、數據文件和信息文件等組成。由于COMTRADE91不能反映參數信息缺陷，所以必須對其進行改進。具體可從以下幾個方面進行操作：

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據的字段，保證軟件可以根據分析狀況實現錄波數據的轉換。第二，開關量通道全部增加了相位以及監視元件字段，保證了開關量變位信息的準確性。第三，對每個字段的格式、數據和字段類型等做了明確規定，可以幫助用戶更好的進行軟件編制和利用。

1.4 功率放大和D/A轉換

為了保證裝置可以進行測試，還必須利用D/A轉換和功率放大，將COMTRADE格式的數字量變化才能電流模擬量和二次側電壓，然后進行插件測試。D/A轉換和功率放大是系統關鍵環節，對測試精確度具有很大影響。目前使用的微機保護測試儀暫態回放都可以提供暫態回放功能，保證COMTRADE格式文件內部數據可以利用計算機傳給繼電保護測試儀，實現文件數字波形一直模擬輸出。此系統利用較先進的數字技術和特殊設計的無耦合直流功率放大器進行操作，其輸出頻率在1-3kHz之間，可以滿足短路時直流、諧波分量頻率輸出的要求，保證故障數據暫態回放的準確性和實時性。

2 測試方案

安置發電機保護測試系統裝置。根據發電機特點可知，該系統內利用開環方式操作。本次以某兩分支發電機A相1分支匝短路測試進行分析，詳細介紹了系統測試流程。首先，對保護裝置不完全縱差保護功能進行測試，保證所需電量是A相分支電流和A相電流，完成測試后，對作業指導書、測試儀裝置接線進行保護，開啟截面，輸入發電機相關參數，利用發電機內部故障仿真程序實施故障仿真計算，同時以COMTRADE格式儲存。測試儀讀入COMTRADE文件之后，可以將其轉化為二次側電流輸出。由于正常運行數據周期性變化，所以可以長時間反復輸出該周期內波的數據，發生故障后，按照順序輸出過程數據，然后對保護裝置實時系統號進行監視，并觀察保護情況，直到完成所有數據輸出，最后按照測試情況，完成裝置測試報告。發生匝間短路故障后，從相故障電流和A相分支故障電流回放的波形圖進行分析。該系統主要利用一臺PW30A微機型繼電保護測試儀和一臺主機完成了TF21-5M1發電保護測試，主要對發電機在各種故障下的動作狀況進行測試。經過分析發現，仿真故障主要包括定子繞組相見短路、同相不同分支繞組短路和同一分支繞組匝間短路等。

3 結束語

該測試系統探索是對動態模擬實驗的一種填補，可以支持USB接口測試儀和計算機的同步通信，提高了COMTRADE格式數據文件的傳輸速率，同時還可以實現多個測試儀同步驅動，模擬更多點變化，實現多節點電氣保護控制系統測試。隨著數字式接口新型保護系統的應用，省略了功率放大環節，使測試系統可以更加便捷。

【參考文獻】

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[責任編輯：王偉平]