大型核汽轮发电机带励磁失步振荡的计算

杨华峰，宋敏慧

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

0 引言

建立了大型核汽轮发电机及其系统仿真模型，对机组带励磁失步振荡进行了仿真计算，得到了机组失步振荡后的电流和电磁转矩的振荡波形。并且给出了发电机出口短路的电流和电磁转矩。

1 基本数据

核汽轮发电机的主要数据如下。

2 仿真模型

利用仿真软件SIMSEN进行分析计算，仿真模型如图1所示。其中，VS1:无穷大电网;CB1、CB2和CB3:开关;LN1:线路阻抗;T1:主变压器;SM1:同步发电机;W1－W10:轴系质量块;VS2:励磁电压源;GRND1和GRND2:接地阻抗;ILABC和TEM输出结果模块。

图1 系统仿真模型

3 数学模型及研究方法

对描述电机的PARK方程模型进行数值求解，其中以转子运动方程来考虑转子旋转运动。[1]

在dq0坐标系中，同步电机的电压方程为:

式中，Udq0为定子、转子和阻尼绕组的端电压列矩阵;Idq0为电流列矩阵;

R为定子、转子和阻尼绕组的电阻矩阵:

C为系数矩阵:

转子运动方程:

式中:H为机组的惯性时间常数;θ为转子位置角;Tm为机械转矩;Te为电磁转矩。[2]

电磁转矩方程为:

4 计算结果

为了获得电机出口三相突然短路电流的0.7倍数值，首先对发电机有功功率为额定，机端电压为1.05倍额定电压运行时出口发生三相突然短路的情况进行了仿真计算。图2和图3分别给出了此时的定子三相电流和电磁转矩随时间变化情况。电流最大值为 12.09(p.u.)，电磁转矩最大值为 5.04(p.u.)。当主变压器高压侧发生三相突然短路，造成机组失步振荡，且振荡电流为0.7倍电机出口三相突然短路电流最大值，即 8.46(p.u.)时，电流和电磁转矩的振荡情况如图4和图5所示，图中给出了20个振荡周期，计算结果如表2所示，供强度分析计算。

图2 发电机出口发生三相突然短路时的定子三相电流

表2 三相突然短路电流及电磁转矩最大值

5 结语

提供了当主变压器高压侧发生三相突然短路造成机组失步振荡，且振荡电流为出口三相突然短路相应值0.7倍时的定子电流和电磁转矩振荡情况，供强度分析计算。

[1]梁艳萍，汤蕴璆.瞬态电抗的数值计算[J].电工技术学报，1996，11.

[2]汤蕴璆.交流电机动态分析[M].北京:机械工业出版社，2004.