Имитационная модель для исследования третьей гармоники в ЭДС синхронного генератора
К.С. Алешин, А.А. Семушкин, В.А. Шуин
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 2, сс. 18—27
Скачать PDF
Состояние вопроса. В основе принципа действия известных исполнений защит от однофазных замыканий на землю в обмотке статора, основанных на использовании ЭДС третьей гармоники, как правило, лежат упрощенные представления о равномерном и линейном распределении ЭДС и, соответственно, напряжения данной гармоники вдоль обмотки статора. Как показывают опытные данные, приведенные в ряде публикаций, такие упрощенные представления не всегда соответствуют действительному распределению напряжения третьей гармоники в обмотке статора, что в ряде случаев приводит к ложным срабатываниям защит данного типа в режимах без замыканий на землю. Учитывая трудности экспериментальных измерений на работающем генераторе, актуальной задачей является разработка имитационной модели генератора, достоверно отражающей реальный характер поведения напряжения третьей гармоники с учетом режима работы и конструктивных особенностей синхронной машины и необходимой как для разработки эффективной защиты от замыканий на землю обмотки статора, так и для оценки технического совершенства существующих защит генераторов от данного вида повреждений.
Материалы и методы. Для разработки имитационной модели синхронного генератора использована среда SIMULINK программного комплекса MATLAB. Модель выполнена в соответствии с теорией электрических машин. Для верификации модели использованы типовые характеристики и опытные данные, приведенные в научных публикациях, учебных и справочных пособиях.
Результаты. Разработана имитационная модель синхронного генератора, отражающая сложный и нелинейный характер распределения напряжения третьей гармоники вдоль обмотки статора, с учетом конструкции, режима работы машины и места замыкания на землю.
Выводы. Разработанная модель может использоваться как для разработки защиты от замыканий на землю в обмотке статора генераторов на основе третьей гармоники, обладающей более высоким техническим совершенством по сравнению с известными исполнениями, так и для оценки эффективности функционирования существующих защит от данного вида повреждений.
1. Федосеев А.М. Релейная защита электрических систем. – М.: Энергия, 1976. – 560 с.
2. Safari-Shad N., Franklin R. Adaptive 100 % Stator Ground Fault Protection Based on Third-Harmonic Differential Voltage Scheme // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2014. – Vol. 31. – Issue 4.
3. Fulczyk M., Mydlikowski R. Influence of Generator Load Conditions on 3rd-harmonic Voltages in Generator Stator Winding // IEEE Trans. on Energy Conversion. – 2005. – Vol. 20, No. 1.
4. Кискачи В.М. Использование гармоник э.д.с. генераторов энергоблоков при выполнении защиты от замыканий на землю // Электричество. – 1974. – № 2. – С. 24–29.
5. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / А.А. Атюшин, А.Е. Гомберг, В.П. Караваев и др.; под ред. Э.С. Мусаэляна. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 384 c.
6. Вольдек А.И. Электрические машины. – Л.: Энергия, 1974. – 840 c.
7. Кацман М.М. Электрические машины. – М.: Высш. шк.; Изд. центр «Академия», 2001. – 463 c.
8. Турбогенераторы / В.В. Титов, Г.М. Хуторецкий, Г.А. Загородная и др. – Л.: Энергия, 1967. – 895 c.
9. Абрамов А.И., Иванов-Смоленский А.В. Проектирование гидрогенераторов и синхронных компенсаторов. – М.: Высш. шк., 2001. – 389 c.
10. Глебов И.А., Карпов Г.В., Харламова Е.Ф. Исследование электромагнитных полей в гидрогенераторах. – СПб.: Наука, 2005. – 341 c.
11. Абрамов А.И., Извеков В.И., Серехин Н.А. Проектирование турбогенераторов. – М.: Высш. шк., 1990. – 335 c.
12. Вавин В.Н. Релейная защита блоков турбогенератор–трансформатор. – М.: Энергоиздат, 1982. – 256 c.
13. Verification of a Synchronous Machine Model for Stator Ground Fault Simulation Through Measurements in a Large Generator / A. Bermejo, C.A. Platero, F. Blazquez. et al. – Spain, 2015.
14. Гидрогенераторы / И.А. Глебов, В.В. Домбровский, А.А. Дикштау и др. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 368 c.
15. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита. – М.: Энергоатомиздат, 2007. – 549 c.
16. Improved Generator Ground Fault Schemes / Report of Working Group J12 of the Rotating Machinery Protection Subcommittee // IEEE PAS Power System Relaying and Control Committee. – USA, 2020.
17. Khaled Ali Mohammed Ali Al Jaafari. Electromagnetic Analysis of Stator Ground Faults in Synchronous Generators: thesis ... Doctor of Philosophy. – Texas A&M University, 2016.
18. Hartmann W. Advanced Generator Ground Fault Protections in Pulp and Paper Mill Applications // Beckwith Electric Company. – Florida, USA, 2016.