抽水蓄能發電機機網仿真計算

2015-03-04 05:25:34劉琪宋敏慧楊華峰

防爆電機 2015年2期

劉琪，宋敏慧，楊華峰

(哈爾濱大電機研究所，黑龍江哈爾濱150040)

0 引言

突然短路是發電機的一種重要瞬變現象，其主要特征如下:(1)繞組中出現強大的沖擊電流，其值可達額定值的十余倍以上;(2)電機的繞組端部將受到強大的沖擊電磁力的作用;(3)突然短路過程中，在強大的短路轉矩的作用下，電機可能發生振動，而其結構部件特別是軸頸部分和基礎螺桿可出現很高的機械應力;(4)定轉子繞組出現過電壓現象等。為了能恰當地選用開關和保護設備，以及計算電機有關部件的受力情況，需知道發電機在各種突然短路故障時的電流和轉矩性質及其數值大小。本文中計算了激磁電動勢與電網電壓相位不同時的誤同期并網。當發電機完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零。由于發電機感應電動勢隨著勵磁電流減小而減小，因此其電磁轉矩也將小于原動機轉矩，因而引起轉子加速，使發電機功角增大。甩負荷計算的是發電機在瞬間衰減為零，非正常工況發熱主要計算了三相突然短路時的定子繞組溫升。

1 基本數據

以某抽水蓄能發電家為例，其基本數據見表1。

表1 抽水蓄能發電機主要數據

2 仿真模型

利用仿真軟件SIMSEN 進行分析計算。其系統仿真模型如圖1 和圖2 所示。其中，VS1:無窮大電網;CB1 和CB2:開關;RT:轉子;T1:主變壓器;TRB:水輪機;SM1:同步發電機;VSEX:勵磁電壓源;OUT、OUT1、FMW3、PROG、INT:函數模塊;GND:接地阻抗;CE1-CE4:開關;R:滅磁電阻;R0:無窮大電阻;LN1:線路阻抗;VS2:勵磁電壓源;VREG1:勵磁調節器;RESULTS:輸出結果模塊。

圖1 抽水蓄能電機突然短路及非正常工況發熱、誤同期仿真模型

圖2 抽水蓄能電機失磁運行甩負荷仿真模型

3 數學模型及研究方法

在dq0 坐標系中同步電機的電壓方程為

式中，Udq0—定子、轉子和阻尼繞組的端電壓列矩陣;Idq0—電流列矩陣。

式中，H—機組的慣性時間常數;θ—轉子位置角;Tm—輸入機械轉矩;Te—電磁轉矩。

采用4 階龍格-庫塔法進行疊代計算。

4 計算結果

4.1 突然短路計算

此發電電動機突然短路電流和電磁轉矩隨時間的變化曲線如圖3 ～圖8 所示。其中圖3 和圖4是三相短路電流和電磁轉矩隨時間變化曲線;圖5 和圖6 是介紹兩相短路電流和電磁轉矩隨時間變化曲線;圖7 和圖8 是介紹單相短路電流和電磁轉矩隨時間變化曲線。

圖3 三相短路電流(最大值12.338)

圖4 三相電磁轉矩(最大值4.4478)

圖5 兩相短路電流(最大值10.067)

圖6 兩相電磁轉矩(最大值5.317)

圖7 單相對中性點短路電流(最大值14.613)

圖8 單相短路電磁轉矩(最大值5.533)

4.2 誤同期并網計算

本文計算了激磁電動勢與電網電壓相位不同時的誤同期并網，此發電電動機機在120°誤同期并網時定子A 相電流隨時間變化曲線見圖9;B 相電流隨時間變化曲線見圖10;C 相電流隨時間的變化曲線見圖11;電磁轉矩隨時間的變化曲線見圖12。

圖9 A 相電流(最大值13.351)

圖10 B 相電流(最大值9.991)

圖11 C 相電流(最大值10.047)

圖12 電磁轉矩(最大值6.591)

4.3 失磁運行

標準GBT 7064—2008 中的4.32條款規定，發電機失磁后應在60s 將負荷降至60%，90s 內降至40%。本文中的仿真計算是參照標準GB/T 7064—2008中的4.32 條款規定，對勵磁繞組直接短路失磁這一工況進行了仿真計算，發電機滿負荷運行8s，6s 時將勵磁繞組短路，機組失磁運行，17s 時機組負荷降至60%，70s 時機組將負荷降至40%，以40%負荷運行80s。機端電壓有效值曲線見圖13;定子電流有效值見圖14;勵磁電壓有效值見圖15;勵磁電流有效值見圖16。基值電流、基值電壓、基值容量、基值勵磁電壓、基值勵磁電流均為發電機額定電流、額定電壓、額定容量、空載勵磁電壓、空載勵磁電流。