大型汽轮发电机进相能力分析

宋敏慧，杨华峰

(1.哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨 150040;2.哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040)

0 引言

随着大机组、大容量的电厂并网运行和电力远送，输电线路绵延伸长，电网的电压等级相应提高。在一些电网中，当电力负荷处于低谷或枯水期水电厂机组停运时，在轻负荷的高压长线路和部分网络中，可能会出现由充电电流引起的运行电压升高甚至电压超上限的情况，并且有严重之势。这不但破坏了电能质量、影响电网的经济运行，也威胁电气设备特别是大型变压器的运行以及用电安全。因此，急需寻求有效的降压措施。适时将发电机进相运行和调相机欠励磁或无励磁运行，降低电压，抑制和改善网络运行电压过高的状况。［1-2］

发电机进相运行时就其本身而言有两个特点:1)发电机端部的漏磁较迟相运行时增大，会造成铁心和金属结构件的温度增高，甚至超过允许的温度限值;2)进相运行的发电机与电网之间并列运行的稳定性较迟相运行时降低，可能在某一深度时达到稳定极限而失步。

因此，发电机进相运行时容许承担的电网有功功率和相应允许吸收的无功功率值受到端部铁心和金属结构件发热限制和稳定极限限制。笔者计算以某台汽轮发电机为例。

1 主要数据

计算中所涉及到的数据从图1查出见表1。

图1 汽轮发电机定子铁心端部

表1 汽轮发电机主要数据

2 分析与计算

图2 汽轮发电机定子铁心端部图

根据这台汽轮发电机结构特点，采用以下解析公式计算进相时定子边段铁心附加损耗和额定时定子边段铁心附加损耗。

由于计算过程中涉及公式比较多，所以只列举了主要公式，额定时定子边段铁心附加损耗主要公式如下所示。

1)定子铁心齿端面轴向磁密的计算

2)轴向磁密引起的定子边段铁心附加损耗计算

式中:VZE=2hz1bzcpΔZθ·Z1

3)压指损耗计算公式

各符号代表的含义如下:

Bi——合成磁场的轴向磁密，T

BZA——轴向磁密，T

Xp——保梯电抗，p.u.

δ——气隙长度，cm

Fs——定子磁势幅值

Ls——定子端部磁力线平均长，cm

Bδ——空载气隙磁密，T

B'δ——空载时齿部轴向磁密平均值 B'δ=0.75 Bδ，T

Dp1——压圈平均直径，cm

Lp1——压圈径向宽度的一半，cm

ksc——压圈涡流发应系数

hs1——定子槽高，cm

A1m——中间变量

dA——定子端部绕组平均直径，cm

ρpf——压指材料电阻率，Ω·cm

bρf——压指宽度，cm

hca——铜线部分对应的压指长度，cm

h1——除铜线部分外的压指外露部分长度，cm

Z1——定子槽数

VZE——边段齿的体积，cm3

w1——定子绕组串联匝数

Bzr——径向磁密，T

bzcp——定子齿的平均宽度，cm

Δzθ——透入深度，cm

t1——定子齿距，cm

a1——并联支路数

3 计算结果

考虑边段铁心齿上开小槽的影响，汽轮发电机定子边段铁心附加损耗结果如下:

进相时发电机定子边段铁心附加损耗(kW)，27.471;

额定时发电机定子边段铁心附加损耗(kW)，11.684;

压指损耗为48.166 kW。

4 结果分析

该文的计算方法和以往结果有一些改动，采用俄国技术文献边段铁心开小槽后附加损耗降低了60%，计算结果更精确了，使发电机更加稳定了，这种方法在国内很少应用。

［1］周德贵，巩北宁.同步发电机运行技术与实践［M］.北京:中国电力出版社，1996.

［2］汤蕴璆，史乃.电机学［M］.北京:机械工业出版社，2006.