发电机组失磁异步运行

2017-04-13 13:23:13 大云网　点击量：评论 (0)

核心提示：　　5发电机组失磁异步运行牛西泽，邱家俊，塔娜，郎作贵天津大学机械学院，天津372流形理论分析了按结分叉点附近的动力学特性；数值仿真分析了失磁异步运行时机组轴系的扭振和功率角的振荡等机电量的

核心提示：　　5发电机组失磁异步运行牛西泽，邱家俊，塔娜，郎作贵天津大学机械学院，天津372流形理论分析了按结分叉点附近的动力学特性；数值仿真分析了失磁异步运行时机组轴系的扭振和功率角的振荡等机电量的变化规律；

　　5发电机组失磁异步运行牛西泽，邱家俊，塔娜，郎作贵天津大学机械学院，天津372流形理论分析了按结分叉点附近的动力学特性；数值仿真分析了失磁异步运行时机组轴系的扭振和功率角的振荡等机电量的变化规律；最后利用实验室发电机组进行了实验研究，与理论分析结果吻合良好。

　　同步发电机的夫磁，包括全失磁和欠激磁，是电力系统的常故障大型机组础磁环节较多史增加了发生失磁的机会。造成失磁的主要原因有调节器故障，副励磁机故障和发电机励磁回路开路或短路等⑴发电机失磁异步运行后，转子滑极失步，发电机发出功功率减少，井从屯网吸，大量无功功率，负荷与电源间，衡会被破坏系统无功储备不足还可能引起系统振荡甚至造成电压崩溃。而失磁后，发电机若能在段时间内采用异步运行方式继续工作直至故障排除河以避免因失磁造成的满负荷解死停机甚至损坏设备和大面积停电事故，提高发电机组运行的可靠性，降低经济损失和能源消耗，减少突然切除负荷和起停机次数，从而减轻对发电机转子运行寿命的影响3.

　　因此失磁异步运行给电网和机组带来的影响，是工程上关注的，要问。

　　失磁后失稳异步运行对轴系扭振影响的研宄结果述不多沐文建立了同步发电机士方柯与机械扭振方程相耦合的暂态非线性方程组，采用鞍结点分叉和中心流形定理给出机组欠激磁失稳到异步运行的动力学解释，分析了机组失磁异步运行时扭振的变化，并利用实验室发电机组验证了理论分析的结果。

　　1机组模型的建立采用实验室发电机组模拟实际发电机组，实验模型1.以直流电动机通过轴系拖动同步发电机运行，按机电分析动力学4的方法可建立机组的暂态数学模喂。其中需要说明的是发电机方程取如。1方程，做1变换，各个物理量按制进行标么化；屯动机〃发电机转子转角分别为和1相对发电机组并网后，基准转速为工频功率角。发屯机转广转1间满足所以乾kiki=ll，b=it；发电机无阻尼绕组，略去转子阻尼方程，得机组的数学模型为收稿日期213.

　　基金项目973国家重点基础研究规划资助项目，1998020319.

　　个拉定平衡，6鞍结分叉点稳定平衡焱发电机励磁电流沁为直流电动机电枢电流为直流电动机励磁电流，取为常数。

　　在模型分析中，把机械振动分析和电路分析中的两个重要变量扭振角和功率角作为独立变量，为清楚±也理解机电量的变化规律提供了方便。方程中各机电参数的具体数值可由空载实验短路实验以及零功率因数负载实验等测得。

　　在实验和计算中值得注意的是，发电机同步电抗1等些电参数会随不同运行工况而有所改变，所以分析计算时应按照相应工况取定参数值，得到的结果才能较为可靠。

　　2鞍结分叉点处的中心流形分析由式1容易得出，稳态运行时系统有无穷多对平衡点。在额定工况运行时，取功率角所对应的，叫范围内的两个平衡点外，和虽然模型方程中有强非线性铟合项，但仍可采用平衡点处系统线性化矩阵的特征值来判断其稳定性。易判定呢对应的如，矩阵的特征根均具有负实部，为稳定平衡点结点，又寸应，1矩阵有具正实部的特征根，为不稳定平衡点鞍点。

　　当激磁电流减小或有功负荷尸，大时，鞍结点，结点，鞍点随力的减小或户的增大，稳定平衡点和不稳平衡点相互靠近，最终会合消失，会合点即系统的鞍结分叉点眉出功率角，的分叉九中的竖线将分叉划分为两个区域，即有解区和异步运行区。系统受小扰动后，在有解区，运行会趋向于稳定平衡点，而在汗步运行区域，系统失稳异步运行。

　　鞍结分叉点为两区域的分界点。在鞍结分叉点附近，可以用中心流形的方法将系统降维到个中心方程，以分析系统的运动特征。

　　其余特怔根均具负实部+为鞍结分叉点。

　　对应的特征矩阵7取7=广尤，所以尤=打，代入式2得中心流形分开1设代入式4，消去导数项，比较方程两边7的同次幂项系数，可得14个线性代数方程，由此可解得奶和机代，式4第。式，得中心流形上的方，为所得扭振角曲线的比较，抒步运行域，发电机转速变化幻人相电流波形3失磁异步运行数值仿真和实验3.1数值仿真在异步运行域。可采数值计算分析各机电，欠激磁失稳振荡曲线同中未标注中位的贵为其标么化值。中单相电流波动的最大值为额定值的1.

　　5倍中发电机转速周期波动。均值大于出失步后，发电机发出有功功率减少，并从电网吸收较大的无功功率；56和为功率角和扭振角的变化。

　　振角最大幅值为0.7，比相同发电机空载额定运行相短路时最大扭振角2 0要小。

　　其物理机理可以解释为当欠激磁或失磁异步运行时1发电机转子转速和定子相旋转磁势的转速失去同步，出现滑极异步。在每个周期内，定转子磁势的况极相互靠近和离开次，气隙磁场的极性和强弱发生1有功功。+振荡无功功率振荡0功率角振荡，扭振波形突变，使得发电机定子绕组感应电流发生相应的突变，因此电磁力矩也发生相应的突变。这种瞬变的电磁力矩又引起轴系的扭振冲击和转子转速的突变。定转子行了5截断处理。开始界由略小于于兀2的值缓慢增加，约达到7时发生突变，迅速增大，滑极约周后，为动态应变仪输出的扭振信号，需要指出的是估号记录时，为避免直流偏置过大，采用交流档；6，为发电机转速；61为功率角的波动。

　　振荡波形的变化特点也致，理论结果与实验结果吻合较好。

　　笮略小于2的怙。完成1个循环周期的变化。由滑极时的突变引起的磁场突变，使所有各机电量都在同时刻发生冲击振荡现象，因此各量的振荡周期完全相同。各物理量的振幅和频率随励磁电流和功功率的改变而改变。

　　3.2实验研究实验时，发电机升速并网，先，大励磁电流，调节定的有功功率输出，逐渐减小励磁电流，记录不同励磁时的失稳振荡波形曲线。相电流信号用互感器取出。

　　功率角由比较发电机轴端交流信号发生器输出的电压信号与同相电网标准电压信号的相位差而得。

　　扮扭振波形，发电机转速变化⑴功率角振荡另外，针对不同功率时励磁电流对失稳振荡频率和扭振冲击的影响进行了计算和实验，结果7和6.3，实验流的变化曲线，可，在同有功功率时，失稳频率值随的减小而增大。在相同励磁电流的情况下，有功功率越大，失稳频率也越高。系统在额定有功功率全失磁时，失稳振荡的频率约为1.2出。当力，加时，振荡频率减小直到为，系统，恢夂稳定远行。

　　随励磁电流的变化。由可，相同励磁电流时，失磁前有功功率越大，扭振越大，而在同种有功功率时，4结论发电机组的欠激磁异步运行是系统经鞍结分叉，平衡点消失后的种失稳运行状态。在鞍结分叉点附近可采用中心流形定理分析其动力学特性，而在异步运行区域，则只能通过数值计算和相应的实验来寻求失稳振荡的规律。

　　发电机失磁或欠激磁异步运行后，扭振角的振荡频率随着励磁电流的减小而增大，最高约为22，这与机组轴系的阶扭振固有频率和转速般相差较大。若模型中无相关非线性耦合项，发生共振的可能较小，但异步运行最大扭振振幅接近额定值的两倍。长时间异步运行也会对轴系造成疲劳损坏，影响轴系的使用券命。

　　发电机失磁异步运行时，要从电网吸取较大的无功功率。闪此系统应有足够的无功诸备。同时发电机定子冲击电流使定子端部绕组温，较快。异步运行时，应减小有功输出，从而降低定子电流。

　　姚晴林。同步发电机失磁及其保护。北京机械工业出版社，1978.

　　高崇斌，陈班。同步发电机失磁暂态数字仿真与研究整流器单向导通特性的影响。电力系统自动化，李伟清，毛国光。国产大型汽轮发电机失磁异步运行的实验研宄。电力系统自动化，1986，1022635.

　　41邱家俊。机电耦联动以统的非线1振动1.北京科学出版社，1996本文编辑谨玉梅