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1.1 概述1

1.1.1 大型发电机内部短路分析及其保护研究的必要性1

第1章　大型发电机内部短路分析与继电保护1

1.1.2 交流电机内部故障的分析方法2

1.1.3 交流电机定子绕组内部故障的研究历史及发展趋势3

1.2 同步电机定子绕组内部短路分析——多回路理论4

1.2.1 同步电机定子绕组内部短路的数学模型4

1.2.2 同步电机定子绕组内部短路时的回路参数12

1.3.1 凸极同步电机内部短路的瞬态实验和仿真15

1.3 同步电机定子绕组内部短路仿真计算及实验研究15

1.3.2 隐极同步电机内部短路的瞬态实验和仿真18

1.3.3 同步电机内部短路的稳态实验和仿真23

1.4 大型水轮发电机多回路模型的合理简化26

1.4.1 等效纵轴和等效横轴阻尼绕组的处理方法27

1.4.2 阻尼绕组的简化笼型模型30

1.5 同步电机定子绕组内部短路规律的探讨32

1.6.1　概述33

1.6 大型发电机内部短路主保护的基本原理及发展33

1.6.2 发电机定子绕组的同槽和端部交叉故障34

1.6.3　零序电流型横差保护35

1.6.4　裂相横差保护39

1.6.5 不完全纵差保护47

1.6.6 完全纵差保护51

1.7 大型发电机主保护配置方案的定量化设计52

1.7.1 发电机主保护配置方案设计的现状52

1.7.2　三峡左岸电站发电机主保护配置方案的定量化设计53

1.7.3 定量化设计的重要性61

1.7.4　对发电机主保护配置方案定量化及优化设计的认识65

1.7.5 大型发电机主保护配置方案的优化设计66

1.7.6 大型发电机主保护配置方案定量化及优化设计的推广与应用68

1.7.7 三峡右岸电站发电机（HEC机组）主保护配置方案的定量化及优化设计75

1.7.8　水轮发电机主保护配置方案定量化及优化设计规则的总结88

1.8 大型汽轮发电机主保护配置方案的定量化设计92

1.8.1 大型汽轮发电机定子绕组同槽同相情况的调研92

1.8.2 大型汽轮发电机主保护配置方案的定量化设计94

1.9　加强主保护，简化后备保护97

参考文献98

第2章　大型发电机中性点接地方式的研讨101

2.1 概述101

2.1.1 大型发电机中性点基本的接地方式101

2.1.2 国内外大型发电机中性点接地方式的基本状况102

2.1.3　选择大型发电机中性点接地方式的三条基本原则103

2.2.1 对定子单相接地故障电流允许值的认识104

2.2 中性点接地方式的认识和分歧104

2.2.2 对定子单相接地故障暂态过电压的认识106

2.2.3 消弧线圈接地方式的特殊问题107

2.2.4 两种接地方式的分歧110

2.3 几种简单的分析方法110

2.3.1 零序电压的稳态模型110

2.3.2　采用叠加原理的分析方法111

2.3.3　暂态网络分析仪（TNA）方法111

2.3.4 准分布电容参数的PSpice方法112

2.4.1　数学模型及推导113

2.4 多回路数学模型及其验证113

2.4.2　仿真及试验验证119

2.5 发电机中性点消弧线圈接地方式的规律130

2.5.1 消弧线圈串联电阻的影响131

2.5.2　消弧线圈合谐度的影响134

2.5.3　发电机频率偏移的影响134

2.5.4　不同燃弧时刻接地故障电流的规律137

2.6 发电机中性点经高阻接地方式的规律138

2.6.1 中性点接地电阻对熄弧电压恢复过程的影响138

2.6.2 中性点接地电阻对重燃弧过电压的影响139

2.6.3 中性点接地电阻对故障电流的影响140

2.6.4　发电机频率偏移的影响141

2.7 三峡电站大型发电机中性点接地方式的选择142

2.7.1 三峡电站大型发电机组的特点142

2.7.2 三峡电站大型发电机中性点现有接地方式及参数143

2.7.3　接地故障电流不应伤及定子铁心143

2.7.4　重燃弧过电压不能危及绝缘144

2.7.5 两种接地方式的参数设置146

2.8 结论147

参考文献148

第3章　发电机定子单相接地故障分析及其保护151

3.1 概述151

3.1.1 定子单相接地故障及其对保护的要求151

3.1.2 定子单相接地保护的国内外研究状况152

3.2 定子单相接地故障零序电压和故障电流的特点155

3.2.1 机端和中性点零序电压的变化特点156

3.2.2　接地故障电流的变化特点159

3.3 现有定子单相接地保护的分析比较161

3.3.1 基波零序电压型定子单相接地保护161

3.3.2　3次谐波电压型定子单相接地保护163

3.3.3 几种提高定子单相接地保护灵敏度和可靠性的方法164

3.4 基于故障分量的3次谐波电压型定子单相接地保护166

3.4.1　保护原理基础166

3.4.2　保护方案168

3.4.3　保护装置试验结果171

3.5 基于小波变换的定子单相接地保护的研究175

3.5.1　噪声对基于小波变换模极大值接地保护的影响175

3.5.2　基小波与算法的选择179

3.5.3　基于变尺度小波变换的定子单相接地保护能量法179

3.5.4　定子单相接地保护能量法的仿真分析180

3.5.5 定子单相接地保护能量法的试验验证183

3.6 外加20Hz电源定子单相接地保护的分析与改进190

3.6.1 电源内阻和注入频率的影响分析与电流判据的改进190

3.6.2 中性点接地装置参数的影响分析及导纳判据的改进194

参考文献201

第4章　大型变压器内部故障分析与继电保护205

4.1 概述205

4.1.1 变压器内部短路故障保护的现状205

4.1.2　现有变压器故障保护的原理206

4.1.3 变压器内部故障差动保护存在原理性问题207

4.2 变压器内部短路分析的理论基础209

4.2.1 变压器绕组的基本结构209

4.2.2 变压器的漏磁场211

4.2.3　从磁场能量的角度计算变压器的短路电抗212

4.2.4　从磁场分布计算变压器漏电感215

4.2.5 变压器的短路电抗与电感矩阵的关系224

4.3 电力变压器内部短路分析225

4.3.1 变压器原边侧内部对地短路对漏磁场分布和短路电抗的影响225

4.3.2 变压器原边侧内部匝间短路对漏磁场分布和短路电抗的影响229

4.3.3 变压器副边侧内部发生对地短路对漏磁场分布和短路电抗的影响232

4.3.4　绕组内部短路对短路电抗的影响234

4.4 普通双绕组电力变压器内部短路仿真分析和实验验证234

4.4.1 实验变压器结构及参数234

4.4.2 线圈内部对地短路的仿真分析235

4.4.3 线圈内部匝间短路故障分析238

4.4.4　相间短路故障仿真分析241

4.4.5　纵差保护和零差保护分析245

4.4.6　实验验证248

4.5 自耦电力变压器内部短路故障仿真分析251

4.5.2 高压绕组接地短路故障分析252

4.5.1 变压器结构及参数252

4.5.3 匝间短路故障分析254

4.5.4　相间短路故障分析262

4.5.5　纵差保护和零差保护灵敏度分析263

4.6 双侧供电的自耦变压器内部短路故障仿真分析267

4.6.1 高压绕组接地短路故障分析267

4.6.2 匝间短路故障分析270

4.6.3　相间短路故障分析276

4.6.4　纵差保护和纵差／零差保护灵敏度分析279

参考文献282

附录一 电机的多回路参数计算283

附录二 发电机内部短路暂态分析302

附录三 水轮发电机定子绕组内部故障分析计算用原始资料322

附录四 汽轮发电机定子绕组内部故障分析计算用原始资料324

附录五 变压器绕组内部故障分析计算用原始资料326

附录六 12kW凸极实验电机的主要数据327

附录七 许继动模实验室30kVA凸极同步发电机的主要数据329

附录八 许继动模实验室30kVA隐极同步发电机的主要数据330