PDF《660 MW 汽轮发电机失磁后稳态异步运行过程分析》

1 失磁故障案例 1.1 系统概况 某厂

1 号机组整套启动调试过程中,进行欠励 磁试验时, 因励磁调节器故障, 励磁开关动作跳闸, 发电机开始失磁运行.因试验中失磁保护的功能压 板退出, 保护未动作, 发电机失磁运行了约

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182 - 电力系统保护与控制 试验人员手动停机.

1 号机励磁系统采用的是 GE 公司的 EX2100e 励磁装置,该装置未配置跨接器模块,因此失磁后 励磁绕组的结构如图

1 所示. 图1电网的示意图 Fig.

1 Schematic diagram of grid 其中

1 号机组发电机的参数如表

1 所示. 表1发电机参数 Table

1 Parameters of the generator 名称 数值 名称 数值 发电机功率/MW

660 直轴瞬变电抗/p.u. 0.336 发电机电压/kV

20 交轴瞬变电抗/p.u. 0.485 变压器容量/MVA

780 直轴超瞬变电抗/p.u. 0.251 定子额定电流/kA 21.169 交轴超瞬变电抗/p.u. 0.247 直轴同步电抗/p.u. 2.38 直轴开路瞬变时间常数/s 8.61 交轴同步电抗/p.u. 2.32 交轴开路瞬变时间常数/s 0.956 1.2 失磁过程记录 失磁前,发电机的有功功率为

239 MW,无功 功率为

54 Mvar,机端电压为 19.57 kV,定子电流 为7105 A.灭磁开关跳闸发电机完全失磁后

100 s 时间内的有功功率、无功功率、机端电压、定子电 流和转速的变化波形如图

2 所示. 图2失磁后机端参量实测波形 Fig.

2 Waveform measured after LOE 从图

2 中可以看出,发电机的参数都在周期性 地变化,波动周期约为

15 s.发电机有功功率的平 均值基本维持不变;

无功功率由发出无功变为从电 网中吸收大量感性无功,约为

300 Mvar;

机端电压 从20 kV 下降到

17 kV.因为发电机从电网中吸收 大量无功,定子电流大幅跃升,约为

15 000 A.因 为分流器处于灭磁装置的外侧,所以灭磁开关断开 之后,分流器上没有电流流过,一直为零.励磁电 压随着周期性滑极的出现而呈现周期脉动的形状. 发电机转速因为 DEH 采样频率偏低而呈现离散的 阶梯形. 发电机失磁后机端阻抗轨迹如图

3 所示,机端 阻抗基本沿着等有功圆进入异步圆[5-6] , 最后在异步 圆dd(/22.29 , 32.47 ) X X ? ? ? ? ? 内沿着等有功圆来 回振荡. 图3失磁后机端阻抗轨迹实测波形 Fig.

3 Impedance trajectory after LOE

2 仿真模型的建立及仿真结果 2.1 仿真模型的建立 为了深入分析发电机完全失磁后的运行过程, 采用 Matlab 对1号机组的失磁过程进行了仿真分析. 本文采用 Matlab/Simulink 中的 Simscape 工具 箱,其适用于包含机械、液压、热动、气动、电气、 电磁场等物理过程的多域联合建模仿真[7] .不同于 其他的 Simulink 模块采用信号及传递函数来代表物 理模型,Simscape 直接采用物理模型进行仿真,仿 真结果更接近于真实情况. 本文按照单机-无穷大系 统模型进行建模仿真,如图

4 所示,仿真模型中的 元件参数如表

1 所示. 2.2 事故过程仿真 通过 Powergui 或其他稳态分析工具, 计算得到 系统的稳态值(发电机有功为

244 MW,无功为 40.1 MVA, 机端电压为 20.2 kV), 并赋值给 Simscape 模型, 从而使仿真模型从稳态开始运行. 失磁之前, 发电机带有 36%的负荷.运行到第

1 s 时,励磁开 关跳开,发电机进入失磁运行状态,持续时间为

50 s. 通过仿真,1 号机组 33%负荷下失磁过程后的 有功功率、无功功率、机端电压电流和励磁电压电 流的变化如图