Fault Analysis and Relay Protection Principle for Multi-phase Ring Brushless Excitation System of Nuclear Power

HAO Liangliang; CHEN Jianlin; GUI Lin; SUN Yuguang; DUAN Xianwen; WANG Xiangheng

doi:10.7500/AEPS20220531006

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Fault Analysis and Relay Protection Principle for Multi-phase Ring Brushless Excitation System of Nuclear Power

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Fault Analysis and Relay Protection Principle for Multi-phase Ring Brushless Excitation System of Nuclear Power
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 9, Pages: 137-146(2023)
- 作者机构：
  
  1.北京交通大学电气工程学院，北京市 100044
  2.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 100084
  3.中广核核电运营有限公司，广东省深圳市 518172
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Fundamental Research Funds for the Central Universities(2020JBM070)
- DOI：10.7500/AEPS20220531006
  CLC：
- Received：31 May 2022，
  
  Revised：2022-09-02，
  
  Published Online：10 April 2023，
  
  Published：10 May 2023
- 稿件说明：
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郝亮亮,陈建林,桂林等.核电多相环形无刷励磁系统故障分析及继电保护原理[J].电力系统自动化,2023,47(9):137-146.

HAO Liangliang,CHEN Jianlin,GUI Lin,et al.Fault Analysis and Relay Protection Principle for Multi-phase Ring Brushless Excitation System of Nuclear Power[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(9):137-146.
郝亮亮,陈建林,桂林等.核电多相环形无刷励磁系统故障分析及继电保护原理[J].电力系统自动化,2023,47(9):137-146. DOI： 10.7500/AEPS20220531006.

HAO Liangliang,CHEN Jianlin,GUI Lin,et al.Fault Analysis and Relay Protection Principle for Multi-phase Ring Brushless Excitation System of Nuclear Power[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(9):137-146. DOI： 10.7500/AEPS20220531006.

摘要

多相环形无刷励磁机是目前在运百万千瓦级核电站广泛采用的励磁机型，因其未配备完善的继电保护，现场发生的多起故障带来了严重损失。实现该保护的难点在于励磁机为旋转电枢式电机，可量测的量仅为定子励磁电流，需用单一电气特征实现对多种故障的保护及区分。首先，文中从各种故障前后转子电枢电流及空间谐波磁场特性入手，对励磁机定、转子绕组及旋转整流器故障的特征及机理进行了深入研究，根据绕组结构不对称下定、转子电流的相互感应关系，得出各种故障暂态及稳态时的频谱分布特征及演变规律；其次，以十一相环形无刷励磁机为例，对动模样机进行了不同故障的实验和仿真，实验和仿真结果验证了理论分析的正确性；最后，提出了一种基于定子励磁电流的新型保护原理，动模样机实验及保护装置的现场运行及测试结果表明，该原理能够实现对故障的可靠灵敏保护，并能有选择性地区分故障。

Abstract

Multi-phase ring brushless exciter is widely used in million-kilowatt nuclear power plants at present. However

due to its lack of perfect relay protection

multiple faults on site have brought serious losses. The difficulty in implementing this protection lies in the fact that the exciter is a rotating-armature-type motor

and the only measurable quantity is the stator excitation current. Therefore

a single electrical characteristic is required to protect and distinguish various faults. Firstly

based on the characteristics of rotor armature current and spatial harmonic magnetic field before and after various faults

the fault characteristics and mechanism of exciter stator and rotor windings and rotating rectifier are deeply studied. According to the mutual induction relationship between stator and rotor currents in the asymmetric winding structure

the transient process and steady-state spectrum distribution characteristics and evolution laws of various faults are obtained. Secondly

taking the 11-phase ring brushless exciter as an example

the experiments and simulations with different faults are carried out on the prototype

and the experimental and simulation results verify the correctness of the theoretical analysis. Finally

a new protection principle based on stator excitation current is proposed. The prototype experiment and the field test results show that this protection method can not only realize reliable and sensitive protection from faults

but also distinguish the faults selectively.

关键词

Keywords

references

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