臺灣博碩士論文加值系統

某發電廠控制中心於民國99年3月發生穩壓系統CVCF-0100A3事故。雖然台電對於事故已進行初步調查與試驗並請CVCF廠家深入瞭解本系統不穩定之原因，並提出改善建議與措施。但對於CVCF的工作原理以及為何造成過電壓現象仍然不甚了解。
某發電廠控制中心的穩壓系統係以鐵磁共振穩壓變壓器來達到穩壓的目的。本研究的目的在於說明某電廠控制中心所使用的CVCF工作原理，並利用Matlab Simulink建立本研究所假設之等效電路進行模擬，觀察電容器的故障是否會對穩壓功能產生影響。研究顯示在減少一定比例電容值的情況下，若是輸入電壓的純度遭到汙染，則輸出會產生過電壓的情況，推測這就是3月事故的原因。

Accident on Voltage regulator system of control center of Lunmen generation plant has occurred at 13:45 on March 31 2010. Although Taipower has conducted a preliminary investigation which result in the over –voltage as cause of the incident and requested manufacturer of CVCF to find out the reasons why this system was not stable, and to improve the system. But the working operation and the reason for over-voltage is still not clear.
This research clarifies the operation phenomena of ferroresonance transformer which is adopted for the voltage regulation of CVCF by studying the operation theory, and by using Matlab Simulink to simulate the operation of ferroresonance transformer. The result shows that when the capacitance of the resonance circuit is reduce to certain percentage the resonance can result in an over-voltage if the power source is contaminated with high frequency impulses which is assumed as the main cause for this accident.

目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究內容 1
1.3 文獻回顧 2
1.4 本論文的貢獻 2
1.5 各章重點 2
第二章 穩壓系統結構及原理 4
2.1 前言 4
2.2 鐵磁共振穩壓變壓器結構 4
2.3 鐵磁共振變壓器原理 6
2.3.1 鐵心飽和 6
2.3.2 共振 7
2.3.3 鐵磁共振 17
2.4 鐵磁共振等效電路及運作特性 18
2.4.1 等效電路 18
2.4.2 運作特性 20
2.4.3 躍變共振 25
2.5 本章結論 26
第三章 某發電廠控制中心穩壓系統模擬 27
3.1 前言 27
3.2 某發電廠控制中心穩壓系統事故說明 27
3.2.1 某發電廠控制中心穩壓系統設備架構 27
3.2.2 CVCF 100A3 故障事件經過 29
3.2.3 設備損壞情形 31
3.3 CVCF 100A3故障事件模擬 33
3.3.1 喪失功能電容值估計 33
3.3.2 本研究所假設的模擬 35
3.4 模擬結果分析 52
3.5 本章結論 55
第四章 電容值敏感度模擬分析 56
4.1 前言 56
4.2 電容值敏感度模擬 56
4.3 模擬結果分析 72
4.4 本章結論 72
第五章 結論與建議 73
5.1 結論 73
5.2 未來研究方向 75
參考文獻 76

 
圖目錄
圖 2- 1鐵磁共振穩壓變壓器結構示意圖：(a)繞組部分；(b)鐵心部分；(c)整體結構及磁路。 5
圖2-2 鐵磁物質磁滯曲線示意圖 7
圖2-3 串聯共振電路示意圖 7
圖 2- 4 電路非共振與共振比較圖：(a)輸入電壓(vs)；(b)電流(i)；(c)電阻跨壓(vr)；(d)電感跨壓(vl)；(e)電容跨壓(vc)。 11
圖 2-5串聯式鐵磁共振等效電路 18
圖 2- 6 輸出電壓E變動範圍示意圖 19
圖2-7 鐵磁式共振電路工作特性：(a)模式1；(b)模式2、模式3。 22
圖 2- 8 模式3輸出電壓降低時之穩壓特性 23
圖 2-9 模式3輸出電壓升高時之穩壓特性 24
圖2-10 躍變共振電壓關係圖 25
圖 3-1 1R13-CVCF-0100A3 電源架構 28
圖 3- 2 1R13-CVCF 變流器線路圖及主要故障位置 30
圖 3- 3 鐵磁共振穩壓變壓器與電容器(CB03)線路圖 30
圖 3- 4電容器(CB03) Δ接部分燒損及熔絲燒毀照片 32
圖 3-5 電容器(CB03)燒毀近照 32
圖 3-6 電容器(CB03)Δ接部分毀損比例示意圖 33
圖3- 7 本模擬所假設建立之Simulink等效電路圖 35
圖 3- 8 本研究模擬所假設使用之磁滯曲線圖 36
圖 3- 9 模擬情境1所假設的輸入波形 37
圖 3-10模擬情境1輸出波形：(a)完整波形(0~5秒);(b)第一時段(0~0.1秒);(c)第二時段(1~2秒);(d)第三時段(4~4.1秒)。 41
圖 3- 11 模擬情境2.1所假設的輸入波形 42
圖 3- 12 模擬情境2.1輸出波形：(a)完整波形(0~5秒);(b)第一時段(0~0.1秒);(c)第二時段(1~2秒);(d)第三時段(4~4.1秒)。 46
圖 3- 13 模擬情境2.2所假設的輸入波形 47
圖 3- 14 模擬情境2.2輸出波形：(a)完整波形(0~5秒);(b)第一時段(0~0.1秒);(c)第二時段(1~2秒);(d)第三時段(4~4.1秒) 51
圖 3- 15 第二時段過電壓示意圖 53
圖 3- 16 共振電容值減少與輸出電壓變動範圍關係圖 54
圖 4-1 模擬情境4所假設的輸入波形 57
圖 4- 2 模擬情境4輸出波形(電容值減少為90% ) 58
圖 4- 3 模擬情境4輸出波形(電容值減少為80% ) 59
圖 4- 4 模擬情境4輸出波形(電容值減少為70%) 60
圖 4- 5 模擬情境4輸出波形(電容值減少為60%) 61
圖 4- 6 模擬情境4輸出波形(電容值減少為50%) 62
圖 4- 7 模擬情境4輸出波形(電容值減少為40%) 63
圖 4- 8 模擬情境5.1所假設的輸入波形 64
圖 4- 9 模擬情境5.1輸出波形(電容值減少為90%) 65
圖 4- 10 模擬情境5.1輸出波形(電容值減少為80%) 66
圖 4- 11 模擬情境5.1輸出波形(電容值減少為70%) 67
圖 4- 12模擬情境5.2所假設的輸入波形 68
圖 4- 13 模擬情境5.2輸出波形(電容值減少為90%) 69
圖 4- 14 模擬情境5.2輸出波形(電容值減少為80%) 70


表目錄
表2- 1為說明計本模擬所假設的串聯共振電路參數 9
表2- 2 共振時電聯與元件跨壓比較表 9
表3- 1 電容器(CB03)毀損比例 33
表4- 1 電容值敏感度彙整表 71

[1] XX電廠一號機穩壓穩頻(CVCF)不斷電系統事件總結報告，台灣電力公司，2010年7月20日。
[2] C. Kieny, “Application of the Bifurcation Theory in Studying the Global Behaviour of a Ferroresonant Electric Power Circuit”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.6, No.2, pp.866-872, April 1991.
[3] Z. Emin, B. A. T. Al Zahawi, D.W. Auckland and Y.K. Tong, "Ferroresonance in Electromagnetic Voltage Transformers: A Study Based on Nonlinear Dynamics", IEE Proceedings on Generation, Transmission, and Distribution, Vol.144, No.4, pp. 383-387, July 1997.
[4] M. R. Iravani, et al.,“Modeling and Analysis Guidelines for Slow Transients. III. The Study of Ferroresonance,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.15, No.1, pp.255-266, January 2000.
[5] M. Kezunovic, Lj. Kojovic, V. Skendzic, C. W. Fromen, D. R. Sevcik and S. L. Nilsson, “Digital Models of Coupling Capacitor Voltage Transformers for Protective Relay Transient Studies,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.7, No.4, pp.1927-1935, October 1992.
[6] J. H. Harlow, “Electric Power Transformer Engineering 2nd ed”, CRC Press, January 2007.

[7] V. Valverde, A. J. Mazón, I. Zamora, G. Buigues, “Ferroresonance in voltage transformers: Analysis and Simulations”, International Conference on Renewable Energies and Power Quality, March 2007
[8] GUTOR Investigation Report, "AC capacitor burn on system no: 1050694", May 2010.