核电站控制棒电源系统是核电站控制棒驱动机构的唯一供电系统,确保该系统的安全可靠运行对提高核电站安全性具有重大意义。本文针对实际运行中核电站棒控电源系统存在的不正常运行工况、原有失磁保护原理存在的不足及失磁保护与过流保护失配问题展开了仿真建模、失磁和短路故障解析、失磁和过流保护优化、实验和仿真验证等一系列研究工作。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,建立了包括上游供电部分、电动机-发电机组部分、下游负荷部分和励磁控制系统的完整棒控电源系统电磁暂态仿真模型。通过发电机空载特性和短路特性验证、飞轮作用验证、励磁调压系统验证和稳态工况验证,得到了与出厂实验报告和实际工况一致的结果,验证了模型的正确性。在此基础上,分析了实际中不正常工况产生的原因,并通过仿真验证了分析的正确性;通过实际发生的失磁故障的复现,得到了与现场一致的失磁保护与过流保护失配的结论。为解决棒控电源系统失磁保护原理的不足及保护失配问题,首先对棒控电源发电机的失磁工况进行故障解析。分析了棒控电源发电机与传统发电机失磁的不同特点,根据转差率和功角变化特征将失磁发展历程划分为等功角阶段、异步运行阶段和周期异步运行阶段;推导得到了各阶段电气量的稳态表达式。通过实际机组的失磁实验数据和电磁暂态仿真数据,全面验证了解析结果的正确性。为进一步明确过流保护的优化依据,对采用相复励无刷励磁方式的棒控电源系统发电机进行短路故障解析。基于对模型的合理简化与假设,将发电机总的励磁电流分解为并励电压分量和复励电流分量,结合发电机基本方程和相复励装置数学模型,推导得到了机组三相短路和两相短路电流的时域解析表达式,并通过电磁暂态仿真验证了解析结果的正确性。基于上述解析结果,分别对棒控电源发电机的失磁保护和过流保护进行优化。对于失磁保护,通过保护原理层面进行的判据优化以及保护配合层面进行逻辑优化,形成了III段式失磁保护方案。结合实际机组实验数据和影响机组失磁过程因素的仿真分析,验证了失磁保护方案的可行性。对于过流保护,通过保护原理层面进行的判据优化,选择反时限过流保护作为机组相间短路的后备保护,在验证保护定值正确的基础上,结合实际工况和影响因素分析验证了方案的可行性。仿真结果表明,优化后的保护方案解决了失磁保护和过流保护的失配问题。