抽水蓄能電機抽水調相及其轉換過渡過程解析

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摘要：本文主要是針對了抽水蓄能電機抽水調相及其轉換過度做出了全面的分析研究，并且在這個基礎之上提出了下文中的一些內容，希望能夠給予同行業人員提供參考。

關鍵詞：抽水蓄能；電機抽水；調相；轉換；過度；分析

引言

抽水蓄能電站對確保電網穩定以及改善電網功率因素和安全具有著十分重要的意義。在抽水調相時同步電動機在勵磁電流調節和改變系統功率因數方面效果十分的客觀。但是和電機相互連接的參量如果出現沖突，容易引發電機損毀的過度過程，雖然是過度時間比較短，但引發的后果較為嚴重。

1.關于抽水蓄能電機抽水工況過度過程中的計算和對比分析

1.1關于恒負載情況不同勵磁狀態電機過度過程分析

為了分析不同勵磁狀態下電機的動態過程，分別在過勵磁、正勵磁以及欠勵磁不同磁力狀態下的過度過程做出分析：當勵磁電流變化幅度小的時候，電機過度時間短，電機很快會進入到穩定狀態，然而當勵磁變化幅度大的時候，電機定子電流將會出現較大的波動，動態過度時間也將會隨著增加，并且當勵磁過度到一定的定值時候，將會影響到電機的穩定運行，當勵磁電流由1600A過度到1000A的時候，定子電流值超過額定電流，電機已經是失去了穩定性。仿真結果也說明了勵磁的變化范圍是有效的，不可以大幅度進行勵磁的調整，在維持負載恒定比勵磁電流需要綜合考慮電機定子電流的熱效應以及電機過度能力，調節勵磁過程中電機轉速經過短暫時間小幅度的波動之后進入穩定，然而電磁轉矩的而波動較大。

1.2關于恒負載不同勵磁狀態下電機過度時間和功率變化數據分析

為了研究勵磁調節幅度和電機過度過程的時間關系，主要是講不同勵磁狀態對應的動態過度時間做出了對比。隨著勵磁電流比那話幅度增大，電機由過度過程運行到穩定的過度時間隨著增大，變化到相同勵磁狀態的時候，電流變化幅度大的過度時間較長，其中勵磁電流由1600A過度到了1000A，其過度的時間和其他相比增加一倍，因此在越接近穩定極限點的時候，要想達到其穩定，所需要的時間也較長。

同時對相同初始狀態下過度過程進行研究，根據不同的過度狀態以及過度時間，將發電機動機的相關有功功率、無功功率進行整理。隨著過度變化勵磁電流越來越小，其定子電樞電流不斷增加，輸入有功率變大，在負載轉矩不變情況下，減少勵磁電流值，電機由過勵磁過度到正勵磁，無功功率減少，電機由正勵磁過度到欠勵磁，無功功率增加，主要給出勵磁過度過程中電機有功功率和無功功率變化，可以知道有功變化率隨著勵磁變化幅度增大而增加，當勵磁電流過度到1000A的時候，其有功變化率減少，因為過度時間變長，通過比較可以知道，變化到相同勵磁大小的情況下，變化幅度大的過渡時間增加，但是同時沒有其對應的功率變化快，所以有功變化率隨著變化幅度增加而增大。

2.關于蓄能電機沖水工況過度過程中內部磁場分析

電機的過度工程師復雜的，不僅僅體現在了電磁轉矩、電子轉速以及電流等，在電磁場方面也是一樣的，并且是相互影響的，互為因果，然而在實際之中，這些過程主要是可以分別加以分析研究，所以針對勵磁的變化，將其過度過程中的磁力線。三種不同初始勵磁狀態在同一時刻過度到1100A前的磁力線圖，其磁場分布較為均勻，但是隨著轉子勵磁電流的不同，其合成的磁場軸會隨之偏離主極軸線，1600A以及1430A下相對于偏離量比較小，然而在1200A的情況下偏離量較大，對于單級模型可以知道，定子繞組兩側邊緣處的磁感應強度比中心位置多，極靴前側的磁密較為集中，勵磁電流越大對于單位面積磁感應前度則是越大。

3.關于蓄能電機不同勵磁狀態過度運行阻尼電流以及電磁的計算分析

3.1觀不同勵磁狀態過度運行中阻尼條電流計算分析

抽水蓄能電站中，在發電—電動機組轉子上都轉由阻尼繞組，其可以有效的提高電網運行的穩定性、提高電機不對稱負載的承擔能力以及抑制轉子震蕩產生噪音。同步電動機在正常運行的勵磁以及負載突然變化的時候，電機功角將出現震蕩，這個時候電機會經歷機電過度過程，對于有阻尼繞組的同步電動機，需要關注到電機在勵磁調節或者是通過水利開關控制電機負載變化過程中定子電流出現的渦流效應。其可能在阻尼條中感應出較大的電流，雖然說可以比較短但是能夠產出很大的電磁應力以及熱效應，分別在阻尼條和端環部位的連接位置，同時在阻尼槽口受力也較為明顯，這在一定條件下回導致阻尼條以及端環脫焊，甚至燒毀燒斷的現象出現，進而影響整個電機的運行狀況，所以對這一過度過程進行計算具有著實際的實際的意義。為了分析蓄能電機在抽水工況過度過程中的規律，方便研究更大容量的機組在更可靠有效的安全情況下進行磁力調節以及水利開關調節等，所以有必要對電機的勵磁調節時阻尼條電流分布進行了分析研究。

為了能夠詳細的了解電機在抽水調相工況過度中阻尼繞組電力變化情況，通過利用有限元法以及安培環路定律將不同勵磁狀態過度運行時阻尼條電流做出計算。

3.2關于勵磁變化過程中轉子阻尼條洛倫磁力計算分析

在抽水工況時不同磁狀態變化過度運行時的電氣計算，利用洛倫磁力原理以及麥克維斯張亮法，計算出轉子阻尼條的洛倫磁力，當所求的受力物體是載流導體的時候，計算受力則選擇洛倫磁力發，對應二維磁場計算公式為：

上述公式中，Fe主要是為單元面積受洛倫磁力的矢量，Se則是為單元面積，Je則是為單元電密矢量，l為阻尼條軸向長度，Be則是為單元磁密矢量。

對于電機過度轉子阻尼條受洛倫磁力動態變化而言，其中正負號為阻尼電流方向，開始在給定的負載穩定情況下，阻尼條受到洛倫磁力最大值為507.78N，當電機出現過度運行的時候，個阻尼受力峰值時刻不同，前側第一根阻尼條受到洛倫磁力最大，前側第四根阻尼條受力最下，當勵磁電流由1600A過度到1000A時峰值前側第一根阻尼條受力最大，其值為-7370.32N，是穩定值的14.5倍，所以，因為發電電動機動態轉化過度的需要，在發電機阻尼繞組設計的時候，需要考慮其過度過程對阻尼繞組的影響，以及磁級間阻尼繞組端環的連接強度。

總結：通過上述研究了蓄能電機抽水調相工況之下的動態過度過程電氣參數特點以及規律，其中包括了電機在恒負載變化勵磁電流情況下的電樞電流、轉矩轉速、過度時間有功以及無功變化等情況，然后分析了過度過程中轉子磁場的分布以及變化規律，得出在過度是阻尼條電流的分布情況以及所受洛倫磁力大小在阻力槽口內壁以及外壁關鍵點的電磁力分布情況。

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