PDF《660 MW 汽轮发电机失磁后稳态异步运行过程分析》

5 所示.可见,发电机各参量的变化 规律与图

2 基本一致. 发电机完全失磁后机端参量周期性变化的原 因是因为同步发电机转子结构并不像鼠笼式异步电 机呈现较好的圆周对称结构,异步运行的同步发电 薛磊,等660 MW 汽轮发电机失磁后稳态异步运行过程分析 -

183 - 图4仿真模型 Fig.

4 Simulation model 图5发电机机端参量的仿真波形 Fig.

5 Simulated waveform of generator 机每隔一段时间就要经历一次滑极过程,发电机转 子上的感应电压反向,感应电流也要经历一次换向 过程.有功功率、无功功率、机端电压和定子电流 也随之呈现周期波动. 失磁之后,发电机开始超速,但因为受励磁绕 组和转子表面感应电流的耦合作用, 转差一般较小, 转速和转差率的仿真结果如图

6 所示.虽然转差率 随时间波动,但平均值为一定值,这是发电机进入 稳定异步运行的特征[8-9] . 当发电机进入到稳定异步运行状态后,阻抗轨 迹基本沿着等有功圆在 A 点和 B 点之间来回振荡. 振荡的过程实则为滑极的过程,其中滑极过程中有 功功率的波动使阻抗轨迹短暂离开等有功圆,无功 功率的波动幅度决定了阻抗轨迹振荡范围 AB 的 大小. 图6发电机转速和转差率的仿真波形 Fig.

6 Simulated waveform of speed and slip rate 图7机端阻抗轨迹的仿真波形 Fig.

7 Simulated waveform of impedance trajectory 由图 5―图7的仿真波形来看,与图

2、图3的实际故障波形比较一致,验证了仿真模型的正确 性.因此,可以利用本文的仿真模型对发电机失磁 后的异步运行过程进行进一步的分析研究.

3 机端阻抗轨迹的影响因素分析 基于阻抗原理的失磁保护是目前发电机失磁 保护的主要判据,阻抗判据有静稳圆判据和异步圆 -

184 - 电力系统保护与控制 判据.由于发电机失磁以后,机端阻抗轨迹必进入 异步圆,而且,发电机和电网联系越来越紧密,系 统联系电抗越来越小,因此,近年来采用异步圆作 为失磁保护主判据的情况越来越多. 鉴于异步圆判据在失磁保护中的重要性,研究 发电机失磁进入稳态异步运行阶段以后发电机机端 阻抗轨迹的变化特征,对提高失磁保护动作的准确 性和正确性有重要意义. 本文通过 Simscape 工具箱 来研究励磁回路结构、负载、惯性时间常数等因素 对发电机失磁后进入稳态异步运行时的阻抗轨迹的 影响. 3.1 励磁回路结构的影响 通过修改励磁绕组回路结构,可以得到发电机 在励磁绕组开路(没有灭磁回路和跨接器)、短路(有 灭磁回路和跨接器)两种情况下失磁后机端测量参 数的变化. 发电机(负载率为 36%)因励磁绕组开路失磁的 情况,发电机机端阻抗轨迹如图

8 所示. 图8励磁绕组开路时的失磁仿真结果 Fig.

8 Simulation results with the excitation circuit open 因为励磁绕组开路,转子只通过表面的感生电 流与定子绕组发生耦合作用.励磁绕组上的感生电 压幅值很大,既有正极性也有负极性,并随着滑极 过程变换电压极性.因为转子和定子之间的磁耦合 能力较弱,发电机必须在较大的转差率下维持稳定 异步运行状态[10-11] ,如图

9 所示.此时,发电机机 端参量振荡的频率更高. 发电机失磁后,同时投入灭磁回路和跨接器, 感生电流在励磁回路中可以双向流通,机端阻抗轨 迹如图

10 所示.与失磁后未投入跨接器(只投入灭 磁回路)相比,振荡幅度更小,从图