大型核汽輪發(fā)電機帶勵磁失步振蕩的計算

楊華峰，宋敏慧

(1.哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040;2.哈爾濱大電機研究所，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

建立了大型核汽輪發(fā)電機及其系統(tǒng)仿真模型，對機組帶勵磁失步振蕩進(jìn)行了仿真計算，得到了機組失步振蕩后的電流和電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩波形。并且給出了發(fā)電機出口短路的電流和電磁轉(zhuǎn)矩。

1 基本數(shù)據(jù)

核汽輪發(fā)電機的主要數(shù)據(jù)如下。

2 仿真模型

利用仿真軟件SIMSEN進(jìn)行分析計算，仿真模型如圖1所示。其中，VS1:無窮大電網(wǎng);CB1、CB2和CB3:開關(guān);LN1:線路阻抗;T1:主變壓器;SM1:同步發(fā)電機;W1－W10:軸系質(zhì)量塊;VS2:勵磁電壓源;GRND1和GRND2:接地阻抗;ILABC和TEM輸出結(jié)果模塊。

圖1 系統(tǒng)仿真模型

3 數(shù)學(xué)模型及研究方法

對描述電機的PARK方程模型進(jìn)行數(shù)值求解，其中以轉(zhuǎn)子運動方程來考慮轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動。[1]

在dq0坐標(biāo)系中，同步電機的電壓方程為:

式中，Udq0為定子、轉(zhuǎn)子和阻尼繞組的端電壓列矩陣;Idq0為電流列矩陣;

R為定子、轉(zhuǎn)子和阻尼繞組的電阻矩陣:

C為系數(shù)矩陣:

轉(zhuǎn)子運動方程:

式中:H為機組的慣性時間常數(shù);θ為轉(zhuǎn)子位置角;Tm為機械轉(zhuǎn)矩;Te為電磁轉(zhuǎn)矩。[2]

電磁轉(zhuǎn)矩方程為:

4 計算結(jié)果

為了獲得電機出口三相突然短路電流的0.7倍數(shù)值，首先對發(fā)電機有功功率為額定，機端電壓為1.05倍額定電壓運行時出口發(fā)生三相突然短路的情況進(jìn)行了仿真計算。圖2和圖3分別給出了此時的定子三相電流和電磁轉(zhuǎn)矩隨時間變化情況。電流最大值為 12.09(p.u.)，電磁轉(zhuǎn)矩最大值為 5.04(p.u.)。當(dāng)主變壓器高壓側(cè)發(fā)生三相突然短路，造成機組失步振蕩，且振蕩電流為0.7倍電機出口三相突然短路電流最大值，即 8.46(p.u.)時，電流和電磁轉(zhuǎn)矩的振蕩情況如圖4和圖5所示，圖中給出了20個振蕩周期，計算結(jié)果如表2所示，供強度分析計算。

圖2 發(fā)電機出口發(fā)生三相突然短路時的定子三相電流

表2 三相突然短路電流及電磁轉(zhuǎn)矩最大值

5 結(jié)語

提供了當(dāng)主變壓器高壓側(cè)發(fā)生三相突然短路造成機組失步振蕩，且振蕩電流為出口三相突然短路相應(yīng)值0.7倍時的定子電流和電磁轉(zhuǎn)矩振蕩情況，供強度分析計算。

[1]梁艷萍，湯蘊璆.瞬態(tài)電抗的數(shù)值計算[J].電工技術(shù)學(xué)報，1996，11.

[2]湯蘊璆.交流電機動態(tài)分析[M].北京:機械工業(yè)出版社，2004.