抽水蓄能发电机机网仿真计算

2015-03-04 05:25刘琪宋敏慧杨华峰

防爆电机 2015年2期

刘琪，宋敏慧，杨华峰

(哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨150040)

0 引言

突然短路是发电机的一种重要瞬变现象，其主要特征如下:(1)绕组中出现强大的冲击电流，其值可达额定值的十余倍以上;(2)电机的绕组端部将受到强大的冲击电磁力的作用;(3)突然短路过程中，在强大的短路转矩的作用下，电机可能发生振动，而其结构部件特别是轴颈部分和基础螺杆可出现很高的机械应力;(4)定转子绕组出现过电压现象等。为了能恰当地选用开关和保护设备，以及计算电机有关部件的受力情况，需知道发电机在各种突然短路故障时的电流和转矩性质及其数值大小。本文中计算了激磁电动势与电网电压相位不同时的误同期并网。当发电机完全失去励磁时，励磁电流将逐渐衰减至零。由于发电机感应电动势随着励磁电流减小而减小，因此其电磁转矩也将小于原动机转矩，因而引起转子加速，使发电机功角增大。甩负荷计算的是发电机在瞬间衰减为零，非正常工况发热主要计算了三相突然短路时的定子绕组温升。

1 基本数据

以某抽水蓄能发电家为例，其基本数据见表1。

表1 抽水蓄能发电机主要数据

2 仿真模型

利用仿真软件SIMSEN 进行分析计算。其系统仿真模型如图1 和图2 所示。其中，VS1:无穷大电网;CB1 和CB2:开关;RT:转子;T1:主变压器;TRB:水轮机;SM1:同步发电机;VSEX:励磁电压源;OUT、OUT1、FMW3、PROG、INT:函数模块;GND:接地阻抗;CE1-CE4:开关;R:灭磁电阻;R0:无穷大电阻;LN1:线路阻抗;VS2:励磁电压源;VREG1:励磁调节器;RESULTS:输出结果模块。

图1 抽水蓄能电机突然短路及非正常工况发热、误同期仿真模型

图2 抽水蓄能电机失磁运行甩负荷仿真模型

3 数学模型及研究方法

在dq0 坐标系中同步电机的电压方程为

式中，Udq0—定子、转子和阻尼绕组的端电压列矩阵;Idq0—电流列矩阵。

式中，H—机组的惯性时间常数;θ—转子位置角;Tm—输入机械转矩;Te—电磁转矩。

采用4 阶龙格-库塔法进行叠代计算。

4 计算结果

4.1 突然短路计算

此发电电动机突然短路电流和电磁转矩随时间的变化曲线如图3 ～图8 所示。其中图3 和图4是三相短路电流和电磁转矩随时间变化曲线;图5 和图6 是介绍两相短路电流和电磁转矩随时间变化曲线;图7 和图8 是介绍单相短路电流和电磁转矩随时间变化曲线。

图3 三相短路电流(最大值12.338)

图4 三相电磁转矩(最大值4.4478)

图5 两相短路电流(最大值10.067)

图6 两相电磁转矩(最大值5.317)

图7 单相对中性点短路电流(最大值14.613)

图8 单相短路电磁转矩(最大值5.533)

4.2 误同期并网计算

本文计算了激磁电动势与电网电压相位不同时的误同期并网，此发电电动机机在120°误同期并网时定子A 相电流随时间变化曲线见图9;B 相电流随时间变化曲线见图10;C 相电流随时间的变化曲线见图11;电磁转矩随时间的变化曲线见图12。

图9 A 相电流(最大值13.351)

图10 B 相电流(最大值9.991)

图11 C 相电流(最大值10.047)

图12 电磁转矩(最大值6.591)

4.3 失磁运行

标准GBT 7064—2008 中的4.32条款规定，发电机失磁后应在60s 将负荷降至60%，90s 内降至40%。本文中的仿真计算是参照标准GB/T 7064—2008中的4.32 条款规定，对励磁绕组直接短路失磁这一工况进行了仿真计算，发电机满负荷运行8s，6s 时将励磁绕组短路，机组失磁运行，17s 时机组负荷降至60%，70s 时机组将负荷降至40%，以40%负荷运行80s。机端电压有效值曲线见图13;定子电流有效值见图14;励磁电压有效值见图15;励磁电流有效值见图16。基值电流、基值电压、基值容量、基值励磁电压、基值励磁电流均为发电机额定电流、额定电压、额定容量、空载励磁电压、空载励磁电流。