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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