大型發電機組滅磁裝置能容量的選擇和仿真計算
大型發電機組滅磁裝置能容量的選擇和仿真計算
【作者/來自】網站管理員 【發表時間】2007/6/14 【點擊次數】8778
 

大型發電機組滅磁裝置能容量的選擇和仿真計算

黃冬華   王川

 (中國安徽凱立科技股份有限公司,安徽 合肥  230031)

[摘要] 本文探討了大型發電機組滅磁裝置能容量的選擇方法及滅磁能容的計算

[關鍵詞] 發電機、滅磁、吸能容量

一、概述

目前隨著電力工業的迅猛發展,全國總裝機容量的不斷增加,發電機組的單機容量也越來越大。而對于大型發電機組的滅磁能容問題也已成為人們關注的焦點,以下以三峽電站水輪發電機為例,對大型發電機組滅磁能容量的選擇進行探討。  

二、發電機的幾種滅磁工況

1、發電機空載滅磁:

是指在發電機的轉速保持為同步轉速,電樞空載情況下,跳滅磁開關,滅磁時的起始電流為空載勵磁電流,此工況下滅磁能量相對較小。

2、發電機額定滅磁:

發電機額定滅磁時定子電流快速消失,由于氣隙磁場不發生突變,轉子電流相應降低至空載時水平,對應的轉子磁能損失透過氣隙消耗在定子側斷路器中,其后的滅磁工況類似空載滅磁。

3、空載誤強勵滅磁:

當發電機起動達額定轉速,勵磁電源投入尚未并網前,調節器故障出現空載誤強勵時,此時繼電保護若不動作,轉子電流將上升較快,根據三峽機組參數可知,空載誤強勵時轉子的終值電流將達約19100A。對于三峽機組來說,三峽已投運機組設有兩組過流及定子過壓保護,來提高繼電保護的可靠性,當發電機定子過電壓達到1.3倍額定值,保護延時0.3S動作,限制了勵磁電流的上升。所以在空載誤強勵情況下,對于滅磁裝置的能容量的選擇可不需要按照空載誤強勵時轉子的終值電流來考慮,只需按照此時發電機定子過電壓達到1.3倍額定值,保護延時0.3S動作時的發電機滅磁工況來考慮滅磁裝置的能容量。

4、發電機端突然三相短路滅磁:

由三峽機組發電機三相突然短路時的發電機定子及轉子電流的仿真計算(見圖1)結果可看出,轉子電流整個衰減過程在0.6S左右,基本上與定子繞組三相短路時間常數Ta3相對應,而不是由三相短路直軸暫態時間常數Td3’所決定,對三峽VGS型機組而言,Ta30.32STd3’3.2S,為此在估算磁場滅磁容量時,應按與實測結果相符的Ta3時間常數來計算。

另外,由三峽機組55%額定電壓三相突然短路轉子電流衰減(見圖二)全過程實測結果來看,整個衰減過程也在1S左右,同樣也是按Ta0.32S衰減的,更進一步證明了上述滅磁理念的正確性。

圖一

 

對于大型水輪發電機滅磁電阻容量的選擇應從客觀實際出發,不僅考慮到滅磁系統的需求,而且要兼顧到主機運行的安全性。在考慮滅磁電阻****容量時,可按發電機與定子繞組三相突然短路時間常數Ta3對應的電感作為計算轉子勵磁繞組存儲的磁場是適宜的,同時對轉子電流直流分量****的電流數值的選擇也應以故障切除時的相應電流值為準,根據電力系統故障切除時間在0.1s左右,此值約占轉子電流****值的(6070)%。

根據以上分析,對于發電機的滅磁裝置能容量只需要考慮空載誤強勵和定子三相突然短路兩種工況,我們利用計算機仿真計算程序來計算三峽機組這兩種工況下的滅磁能量,進而科學合理地確定三峽機組滅磁裝置的能容量。

三、將三峽實際的試驗數據與計算機仿真計算結果進行比較,以驗證計算機仿真計算的正確性。

3.1首先將三峽實際錄波的三相短路(55%時)狀態波形與計算機仿真計算結果進行比較。

3.1.1實際錄波的定子三相短路(55%)時定子A、B、C、相及轉子電流波形(見圖二):

 

圖二

3.1.2用計算機仿真計算定子三相短路(55%)時定子A、B、 C、相及轉子電流波形(見圖三)

紅線:轉子電流,綠線:轉子電壓

圖三

  通過以上的三峽實測波形與仿真計算結果可看出兩者計算結果是一致的。

3. 2空載狀況下滅磁能量計算

 

3.2.1由試驗數據進行計算:

由三峽機組空載實驗波形(見圖四)求得空載時滅磁電阻消耗的能量WL

計算公式為:WL= UiIiΔt

  

                            圖四: SIC伏安特性曲線

 

SIC伏安特性曲線得出:U= U0 + kI =0.14I+433

圖五:三峽機組空載滅磁電流波形

由空載滅磁電流波形(見圖五)可得:

 

I1=I0-I0- I1t/ΔT            IN=IN-1-IN-1- INt/ΔT

I0=2352A   ΔT=0.05S   t=0~0.05S

對各時間段進行積分求和:WL= WL +W2 +…+Wn

將各參數帶入公式求得:WL=2.03MJ 。

3.2.2由計算機進行仿真計算:設定滅磁非線性電阻的限制電壓為2100V,則仿真計算的波形如下(圖六):

  

圖六:由波形圖可知:轉子電流2095A, ,滅磁時間為0.87S,滅磁能量為1.92MJ。

由以上計算可以看出,計算機仿真計算結果與實際的試驗數據結果一致,此仿真計算可作為工程設計的依據。

四、發電機空載誤強勵和發電機端三相突然短路(100%)滅磁能量計算。

4.1空載誤強勵狀況下滅磁能量計算

4.1.1由發電機端電壓U0= ×4.44fwkΦ(f、w、k為固定參數),

WL空誤= IiΔΦ可知,滅磁能容量正比于空載特性曲線U0-IfU0軸之間的面積,空載誤強勵情況下定子過電壓13倍繼電保護動作并經0.3秒延時跳閘時,定子電壓約為1.4倍額定電壓值,由三峽發電機機組空載特性曲線(見圖七)可得到:

 

圖七:三峽機組空載特性曲線

將上面曲線延伸至定子電壓1.4倍額定電壓值,此時電流約為空載勵磁電流的3倍,則如下圖八:

 

圖八

WL空誤/ WL=SOBD/SOAC3.2

WL空誤=2.03×3.2=6.496MJ

4.1.2由計算機進行仿真計算三峽發電機組空載誤強勵狀態滅磁能量

前面提到空載誤強勵滅磁能量以定子過電壓1.3倍繼電保護延時0.3秒動作時的滅磁能量為依據 ,則此工況下的滅磁仿真波形如下(見圖九):

空載誤強勵滅磁波形:紅線---發電機轉子電流波形,綠線---發電機轉子電壓

波形,UMAX=2100V。

圖九:此時轉子電流為6486A,滅磁電壓2100V,滅磁時間為0.94S。滅磁能量為6.53MJ。

4.2三峽機組100%端電壓三相突然短路時,保護延時0.1S動作跳閘,滅磁的仿真波形如下(見圖十):

圖十:此時轉子電流為8280A。滅磁電壓為2100V,滅磁時間為1.03S。滅磁能量為8.94MJ。

 

圖十一:發電機端100%短路時的定子A、B、C三相電流仿真波形。

5、結論

5.1 對發電機空載、空載誤強勵、以及三相突然短路滅磁計算結果表明,以三相短路時滅磁能量為****,對三峽機組而言三相短路(100%)保護延時0.1S動作跳閘時的滅磁能量為8.94MJ。高于空載誤強勵1.30.3S延時對應的滅磁能量6.53MJ,在此基礎上,如再考慮20%的余量,對三峽機組而言,滅磁電阻容量選擇在10MJ~12MJ左右是足夠的。

5.2通過本仿真計算結果與三峽機組滅磁實測結果對比表明,本計算方法具有足夠的工程準確性。為此,對今后大型發電機機組的滅磁容量的選擇具有較高的參考價值。

 

參考文獻

 

1、              李基成:“大型水輪發電機組勵磁系統選擇的新思維” 

《中國水電學會發電機勵磁學科組第二屆年會論文集》         

2、              華中工學院許實章,電機學,機械工業出版社

3、              上海交通大學,電工學(上冊),人民教育出版社

4、              瑞典ASEA工廠,大型發電機的滅磁

5、              中國電力行業標準,DL/T 583-1995《大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統及裝置技術條件》

 

 

作者簡介:

 

黃冬華  高級工程師  長期從事電力系統過壓保護方面的開發和研究。

    博士 教授級高工 多年致力于電力系統高科技產品的開發、研究工作. 

關閉
欧美不卡在线一二三区_亚洲大胆A级视频_国产欧美在线观看不卡高清_在线精品91青草国产在线观看