PDF《660 MW 汽轮发电机失磁后稳态异步运行过程分析》

10 中也可以看 到,机端阻抗轨迹在异步阻抗圆内几乎和等有功圆 重合.异步运行过程中,转子绕组上几乎没有感生电 压,异步运行的转差率在三种情况中最小,转差率 如图

9 所示. 这种情况对发电机的安全运行最有利. 图9励磁回路不同情况下发电机异步运行的转差率 Fig.

9 Slip rate of generator when asynchronous running with different excitation circuit 图10 励磁绕组双向导通时的失磁仿真结果 Fig.

10 Simulation results with the excitation circuit short 3.2 发电机负载的影响 发电机异步运行时的特性曲线如图

11 所示. 图 中横轴 s 表示发电机异步运行时的转差率,纵轴 m/me 表示原动机的动力矩. 图11 汽轮发电机的异步运行特性曲线 [12] Fig.

11 Asynchronous characteristics of the turbo-generator 如果失磁前发电机的负载较小,则失磁后,原 动机的调节特性与平均异步转矩曲线的上升段相 交,如图

11 中mT1 所示,此时发电机能在较小的转 差率下维持稳定异步运行.机端阻抗的轨迹一般从 靠近于 d jX ? 点处进入异步阻抗圆,如图

12 中曲线 薛磊,等660 MW 汽轮发电机失磁后稳态异步运行过程分析 -

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1 所示,发电机负载率约为 15%. 如果失磁前发电机负载较重,原动机的转矩特 性则如图

11 的mT2 所示, 发电机将在机械转矩的作 用下持续加速运动,无法保持稳定异步运行[13-15] . 仿真发电机在带有 60%额定负载时失磁的情况,得 到其机端阻抗轨迹, 如图

12 中曲线

2 所示. 机端阻 抗最终在 d jX ? ? 附近摆动,因为异步阻抗圆在 Y 轴 上的上端点为 d j /

2 X ? ? ,所以机端阻抗轨迹仍在异 步阻抗圆内.在重负荷下失磁后,必须降低发电机 有功功率,否则将危及机组的安全运行. 图12 失磁前重载和轻载时的仿真结果 Fig.

12 Simulation results when heavy load and light load 3.3 发电机惯性时间常数的影响 发电机的惯性时间常数 TJ 是对发电机动态过 程影响十分关键的一个参数, 尤其是在滑极过程中, 转子磁极和定子磁极非常接近,转子的运动受发电 机轴系的转动惯量影响很大.当以发电机额定功率 为功率基值时,TJ 一般为 2~10 s;

对于汽轮机组, 惯性时间常数随着额定功率的增加而减小[16-18] .事 故案例中,发电机转子转动惯量为

9 500 kg・m2 ,汽 轮机高压转子部分的转动惯量为

1 223 kg・m2 ,汽轮 机中压转子部分的转动惯量为

3 733 kg・m2 ,低压转 子部分的转动惯量为

29 334 kg・m2 ,则可得到发电 机总的惯性时间常数为 5.89 s.当发电机惯性时间 常数分别为 5.89 s 和10 s 时,仿真失磁后的机端阻 抗轨迹如图

13 所示. 如果发电机惯性时间常数较大,则发电机异步 运行过程中发生滑极时,有功功率振荡幅度较大, 持续时间也较长, 阻抗轨迹围绕等有功圆上下振荡;

如果发电机惯性时间常数较小,则滑极过程中,有 功功率振荡幅度较小,持续时间较短,阻抗轨迹和 等有功圆较为接近. 图13 发电机惯性时间常数不同时失磁机端阻抗轨迹 Fig.

13 Impedance trajectory with different generator inertia time constant 3.4 发电机空载特性的影响 发电机的空载特性如图

14 所示;

发电机磁路 的饱和系数为: CB k CA ? ? ,一般汽轮发电机在空 载额定电压时的 k? 值在 1.1~1.25 左右[19-20] . 图14 发电机的空载特性曲线 Fig.

14 Generator no-load characteristic curve 通过仿真 J ( =10 s) T , 可以得到发电机在 k? 分别 为1.1 和1.25 时的失磁后机端阻抗的运动轨迹,如图15 所示. 失磁之后, 阻抗轨迹进入异步圆的深度 取决于所吸收无功的大小.发电机稳定异步运行的 转差率在铁芯饱和时较非饱和时大[21-23] ,所吸收的 图15 铁芯饱和系数不同时失磁机端阻抗轨迹 Fig.