基于内部故障仿真数据的发电机主保护测试系统探索分析

潘秋萍　王喜燕

【摘 要】本文主要对基于内部故障仿真数据发电机主保护测试系统进行分析。该系统可以利用多个回路理论建成数据模型，然后计算内部故障的数据，以COMTRADE格式进行储存。在保护测试时，可以利用测试仪故障波形回放功能，实现储存数据到模拟保护装置的转化，保证了装置测试的顺利进展。经过仿真测试发现，该系统具有体积小、结构简单、精度高等特点，可以记录发电机主保护产生的各种故障。

【关键词】发电机；主保护测试系统；内部故障仿真计算；暂态测试

大型发电机已经成为电力企业发展中的主要组成部分，但是随着发电机容量的不断增大，故障问题越来越多，为了减少内部故障对发电机造成的损害，必须对故障产生的因素进行分析，提高故障保护灵敏性，给发电机提供合适的保护方案。本文主要借助理想数据完成发电机故障测试，构造价格低廉、操作便捷的测试系统，保证发电机保护装置测试的顺利开展。

1 系统内部结构和功能特点

此系统主要开发工具是VisualC++6.0，可以在Windows平台上运行，利用ODBC接口实现数据库访问。该系统采用了分层结构模式，以前台图像界面和后台数据库管理为基础，利用模块拼接方式，实现各功能模块连接，有利于系统功能的扩展和统一管理。系统具体结构主要由图像参数管理、发电机参数管理、内部故障仿真计算、仿真数据COMTRADE格式转换、D/A转换和功率放大、测试发电机保护装置等组成。

1.1 发电机参数管理

由于发电机定子绕组故障暂态仿真计算涉及众多电子参数和外部系统参数领域，所以，直接在数据库内部修改或输入参数，容易因操作失误造成仿真计算机问题。本系统利用图形截面对各项参数进行管理。

1.2 发电机内部故障仿真计算

根据相关研究，本次研究根据回路相关理论，建立了发电机和无穷系统数学模型，并对发电机内部故障发生的暂态过程进行分析。该方法的研究优势是：让定子绕组故障的短路电流等效为一条独立的支路，该支路可以按照非故障分支回路写电压和磁链方程。转子绕组必须遵循正常绕组方法。例如，可以将阻尼绕组等效成横轴和纵轴阻尼绕组。本仿真建立了基于正常电视的直轴同步电抗Xd、直轴电钮反应电抗Xad、交轴同步电抗Xq和交轴电钮反应电抗Xaq等故障电阻电感的计算方法，操作较简单。该系统可以对同一分支匝间短路、同相不同分支绕组短路等故障情况进行仿真计算，获得的分支电流、异相分支绕组短路电流和机端电压暂态数值。

1.3 转换数据格式

本系统可以将数据模式模块转化为标准系统暂态数据交换格式COMTRTADE。完成转换后，主要由头文件、配置文件、数据文件和信息文件等组成。由于COMTRADE91不能反映参数信息缺陷，所以必须对其进行改进。具体可从以下几个方面进行操作：

第一，给每路模拟通道都增加反映TV和TA变化以及决定录波数据的字段，保证软件可以根据分析状况实现录波数据的转换。第二，开关量通道全部增加了相位以及监视元件字段，保证了开关量变位信息的准确性。第三，对每个字段的格式、数据和字段类型等做了明确规定，可以帮助用户更好的进行软件编制和利用。

1.4 功率放大和D/A转换

为了保证装置可以进行测试，还必须利用D/A转换和功率放大，将COMTRADE格式的数字量变化才能电流模拟量和二次侧电压，然后进行插件测试。D/A转换和功率放大是系统关键环节，对测试精确度具有很大影响。目前使用的微机保护测试仪暂态回放都可以提供暂态回放功能，保证COMTRADE格式文件内部数据可以利用计算机传给继电保护测试仪，实现文件数字波形一直模拟输出。此系统利用较先进的数字技术和特殊设计的无耦合直流功率放大器进行操作，其输出频率在1-3kHz之间，可以满足短路时直流、谐波分量频率输出的要求，保证故障数据暂态回放的准确性和实时性。

2 测试方案

安置发电机保护测试系统装置。根据发电机特点可知，该系统内利用开环方式操作。本次以某两分支发电机A相1分支匝短路测试进行分析，详细介绍了系统测试流程。首先，对保护装置不完全纵差保护功能进行测试，保证所需电量是A相分支电流和A相电流，完成测试后，对作业指导书、测试仪装置接线进行保护，开启截面，输入发电机相关参数，利用发电机内部故障仿真程序实施故障仿真计算，同时以COMTRADE格式储存。测试仪读入COMTRADE文件之后，可以将其转化为二次侧电流输出。由于正常运行数据周期性变化，所以可以长时间反复输出该周期内波的数据，发生故障后，按照顺序输出过程数据，然后对保护装置实时系统号进行监视，并观察保护情况，直到完成所有数据输出，最后按照测试情况，完成装置测试报告。发生匝间短路故障后，从相故障电流和A相分支故障电流回放的波形图进行分析。该系统主要利用一台PW30A微机型继电保护测试仪和一台主机完成了TF21-5M1发电保护测试，主要对发电机在各种故障下的动作状况进行测试。经过分析发现，仿真故障主要包括定子绕组相见短路、同相不同分支绕组短路和同一分支绕组匝间短路等。

3 结束语

该测试系统探索是对动态模拟实验的一种填补，可以支持USB接口测试仪和计算机的同步通信，提高了COMTRADE格式数据文件的传输速率，同时还可以实现多个测试仪同步驱动，模拟更多点变化，实现多节点电气保护控制系统测试。随着数字式接口新型保护系统的应用，省略了功率放大环节，使测试系统可以更加便捷。

【参考文献】

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[2]胡浩.基于内部故障仿真数据的发电机主保护测试系统研究[J].上海交通大学，2014（03）.

[3]刘益青.智能变电站站域后备保护原理及实现技术研究[J].山东大学，2013（04）.

[4]李梦乔.水轮发电机定子叠绕组内部故障的暂态分析[J].哈尔滨理工大学，2015（03）.

[责任编辑：王伟平]