三峡左岸电站发电机励磁阳极过电压仿真及其抑制措施研....doc

三峡左岸电站发电机励磁阳极过电压仿真及其抑制措施研究 验收报告 报 告 编 制 ：廖瑞金，程涣超，冯运 重庆大学高压绝缘与电工新技术教育部重点实验室 二OO四年十一月 目 录 1项目内容及技术要求 3 2励磁系统产生换相过电压的原理及各种过电压抑制方式分析 4 2.1励磁系统产生换相过电压的原理分析 4 2.2对励磁阳极危害较大的其它形式的过电压 5 2.2.1大气过电压 5 2.2.2合闸过电压 6 2.2.3分闸过电压 6 2.3换相过电压的抑制方法 7 2.3.1励磁系统换相过电压抑制方法分析 7 2.3.2阻容抑制分析 9 3励磁系统仿真模型的基本结构及验证 12 3.1励磁系统仿真模型的结构 12 3.2励磁系统仿真模型的验证 13 3.2.1变压器模型的验证 13 3.2.2仿真波形与现场波形的对比分析 14 4三峡电站励磁系统过电压抑制方案仿真的分析 17 4.1 RC整流式滤波电路 17 4.1.1电容参数的选取 18 4.1.2电阻参数的选取 19 4.2RC三角形滤波电路 21 4.2.1电阻参数的选取 22 4.2.2电容参数的选取 23 4.3 RC星型滤波电路 25 4.3.1电阻参数的选取 25 4.3.2电容参数的选取 26 4.4 各种滤波方案的对比分析 28 5结论 29 附录1 30 1 项目内容及技术要求 发电机励磁系统为发电机提供励磁电流，它的正常运行是发电机稳定运行的保障。由于采用了可控硅整流，在可控硅导通和截止时会引起短时的换相过电压。换相过电压是周期性的陡脉冲信号，整流系统在为发电机提供励磁电流的同时，该过电压也将持续作用在励磁变压器以及同步发电机转子的主绝缘上。长时间的过电压作用会引起主绝缘的绝缘性能裂化，产生局部放电现象；局部放电的发展将使绝缘性能劣化，最终使绝缘破坏。 本项目要求，根据三峡励磁系统的结构及参数建立符合实际的仿真模型；通过各种不同滤波方案的仿真分析，对比不同滤波方案的优劣，提出励磁系统过电压抑制的最优方案，并提供相关技术参数。 应达到的技术指标为：过电压幅值应小于工频额定电压的0.5倍，过电压陡度小于5000V/s。（说明：工频电压上升率可以达到0.3V/us以上，建议该值做适当调整） 2 励磁系统产生换相过电压的原理及各种过电压 抑制方式分析 2.1 励磁系统产生换相过电压的原理分析 可控硅三相全控整流桥励磁系统的原理如图2.1所示，其整流输出的直流电压波形如图2.2所示。图2.1中励磁变压器LB次级相电压分别为、、，其漏感及每相线路电感可以折合到次级绕组分别用集中电感、、表示（==）。三相桥式整流电路正常运行时，晶闸管、、、、、依次轮流导通。 图2.1 三相桥式整流电路整流原理图 假定在时刻前，晶闸管和导通；在时刻晶闸管收到触发脉冲，此时励磁变压器二次侧相电压，故管承受正向压降使其导通，而管承受反向压降被迫关断。但是由于管在导通期间，其内部储存了大量少数载流子，并不可能立即恢复截止，这样使得晶闸管和在一短时间内同时导通。此时，a、b两相间产生瞬时的短路，≈0，短路电流id满足关系式=－。短路期间整流电路输出电压瞬时值=(+)/2，为两相对c相线电压的平均值（考虑励磁变压器LB次级a、b相的短路阻抗压降相同）。，两晶闸管换相时流过的电流波形如图2.3所示。时刻前管电流等于励磁电流，管电流为零；时刻管触发导通，其电流逐步上升，同时下降，开始换相流过程。由于发电机历次绕组LQ大电感的影响，励磁电流可视为恒定值，因此+==恒定值。换相的快慢即及的变化率（同时也是短路电流的增长率） =(-)/2。到时刻降到零，=。可此时内仍积聚了大量的少数载流子，不能立即恢复截止，故短路电流过零后继续增加，变为负值，而。直至时刻，反向恢复电流达到最大值，积存的少数载流子迅速复合完毕，立即恢复截止，故反向电流立刻回零，的正相电流也瞬间归零。晶闸管电流和同时也是电感内的电流，由于、时刻间时间间隔很小，因此，电流变化率极大，因此即使和元件串联的线路电感与变压器漏感很小，产生的感应电势也很大，电感中感应极高的换相过电压。 图2.2 桥式整流电路晶闸管上电压波形图 图2.3 、晶闸管换相时电流波形图 2.2对励磁阳极危害较大的其它形式的过电压 2.2.1大气过电压 当可控硅励磁系统的交流电源采用由输电线路供电的降压变压器，线路遭受雷击或静电感应这种从电网侵入的冲击（浪涌）电压时，必然要在变压器的副边绕组感生过电压。和操作过电压相比，大气过电压倍数更高，但是作用时间是短暂的，一般仅为几十微秒。对此类过电压多采用避雷器等设备予以保护。 2.2.2合闸过电压 由于励磁变压器的绕组间存在着寄生电容，为此，励磁变压器的电源投入或切出以及大气过电压均会在变压器中产生交流过电压。 对于