罗应立——汽轮发电机非正常运行研究

1、汽轮发电机汽轮发电机非正常运行研究非正常运行研究华北电力大学华北电力大学 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 罗应立罗应立 许国瑞许国瑞 刘晓芳刘晓芳 康锦萍康锦萍 王红宇王红宇 2013-3-13 ，深圳，深圳 1 非正常运行影响因素非正常运行影响因素2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法3 静态稳定极限的时步有限元分析静态稳定极限的时步有限元分析4 暂态稳定极限的时步有限元分析暂态稳定极限的时步有限元分析5 失磁异步运行能力的时步有限元分析失磁异步运行能力的时步有限元分析主要内容主要内容1 非正常运行影响因素非正常运行影响因素1）磁场饱和）磁场饱和 负载饱和特性与传统采用的空载饱和

2、特性负载饱和特性与传统采用的空载饱和特性之间存在显著差异。之间存在显著差异。2）磁场磁场畸变畸变 空载运行时，磁力线沿转子大齿进入气隙空载运行时，磁力线沿转子大齿进入气隙 功角较大时，磁力线斜穿气隙功角较大时，磁力线斜穿气隙和和定转子定转子槽槽 空载空载=751 非正常运行影响因素非正常运行影响因素2）两种因素的相互作用两种因素的相互作用 1 非正常运行影响因素非正常运行影响因素磁路饱和会加剧磁场畸变程度磁路饱和会加剧磁场畸变程度磁场畸变会加大磁路饱和区域磁场畸变会加大磁路饱和区域2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法1）不同负载情况下的饱和曲线组不同负载情况下的饱和曲线组 为便于与传统

3、计及饱和所用到的空载特为便于与传统计及饱和所用到的空载特性进行对比，采用定子绕组的感应电势性进行对比，采用定子绕组的感应电势(Efe)与合成磁势的关系来表述不同负载运行条件与合成磁势的关系来表述不同负载运行条件下汽轮发电机的非线性特性，其中合成磁势下汽轮发电机的非线性特性，其中合成磁势用合成电流的标幺值用合成电流的标幺值I来表示来表示，即：，即：22qdfIIII 负载特性与空载特性都有明显的差别，负载特性与空载特性都有明显的差别，都向空载特性右下方偏移都向空载特性右下方偏移135MW600MW2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法容量容量(MW)按空载特按空载特性确定性确定按负载特性确

4、定按负载特性确定=15=30=45=751351.01.2711.2721.2761.3182001.01.2141.2161.2181.2313001.01.2761.2781.2791.4006001.01.6981.6581.5551.444 四种发电机为产生额定感应电势按负载四种发电机为产生额定感应电势按负载特性与空载特性得到的合成磁势之间的相特性与空载特性得到的合成磁势之间的相对差值。对差值。2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法1、大部分运行条件下，由负载饱和特性决、大部分运行条件下，由负载饱和特性决定的额定电压附近的气隙磁势都比按空载定的额定电压附近的气隙磁势都比按空载特性

5、所决定的值大特性所决定的值大 2560%，个别情况下要，个别情况下要大大 1 倍以上。倍以上。2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法2、在额定励磁电流下，这四种发电机产生在额定励磁电流下，这四种发电机产生额定感应电势由负载非线性特性确定的合额定感应电势由负载非线性特性确定的合成磁势要比按空载特性确定的大成磁势要比按空载特性确定的大20%70%左右左右。2）等效气隙长度相对于气隙设计长度的比等效气隙长度相对于气隙设计长度的比描述磁场畸变非线性描述磁场畸变非线性Leq：磁力线斜穿气隙磁力线斜穿气隙Leqr：磁力线斜穿转磁力线斜穿转子槽子槽leqs：磁力线斜穿定子槽磁力线斜穿定子槽2 非正常运

6、行的分析方法非正常运行的分析方法容量容量对比项目对比项目135MW2.481.530.95200MW2.201.670.53300MW1.881.440.43600MW2.171.570.60空载时空载时1.01.00eqdl/ leqdl/ l()deqrdeqsdll / l等效气隙长度：等效气隙长度： leq=leq+leqs+leqr2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法状态状态 不饱和不饱和0.29070.15690.1338 饱和饱和0.31230.1618 0.1505eqleqleqseqrll磁路饱和会加剧磁场畸变程度磁路饱和会加剧磁场畸变程度饱和对磁场畸变的影响饱和对

7、磁场畸变的影响300MW汽轮发电机汽轮发电机2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法2 非正常运行的分析方法非正常运行的分析方法磁场畸变对饱和的影响磁场畸变对饱和的影响 =75无磁场畸变无磁场畸变 =75有磁场畸变有磁场畸变 空载空载 描述电力系统静态稳定性的重要的指描述电力系统静态稳定性的重要的指标之一即静态稳定极限功角标之一即静态稳定极限功角lim。对于单。对于单机无穷大系统发生小扰动的情况，随着机无穷大系统发生小扰动的情况，随着发电机初始运行功角发电机初始运行功角0的增大，系统的静的增大，系统的静态稳定性将逐渐减弱。态稳定性将逐渐减弱。3 静态稳定极限的时步有限元分析静态稳定极限的时

8、步有限元分析3 静态稳定极限的时步有限元分析静态稳定极限的时步有限元分析Park方程模型方程模型: lim1=90度度时步有限元模型：时步有限元模型： lim2=86度度 Park方程极限功角下的情况方程极限功角下的情况4 暂暂态稳定极限的时步有限元分析态稳定极限的时步有限元分析 rf lf if uf ef eA eB eC iA iB iA iC uB uC uA rs ls lt eYA eYC eYB uSA uSB uSC K2 K3 iYA iL1A iL2A rL1 lL1 rL2 lL2 (1)lL2 (1)rL2 FEM rt K1 某时刻某时刻(0秒秒)时传输线三相对地短路

9、时传输线三相对地短路tcut 秒后切除故障线路秒后切除故障线路tcut +0.4秒后故障排除，线路重合闸秒后故障排除，线路重合闸4 暂暂态稳定极限的时步有限元分析态稳定极限的时步有限元分析 t/s 1 2 3 /() 350 250 50 150 tout0.275 s tout0.274 s t/s 1 2 3 /(rad/s) 340 320 300 tout0.275 s tout0.274 s 算例算例1 ：Park方程模型方程模型: tcut1 =0.274时步有限元模型：时步有限元模型： tcut1 =0.248 4 暂暂态稳定极限的时步有限元分析态稳定极限的时步有限元分析 算例算

10、例2 2：单回线突然三相短路，单回线突然三相短路，0.10.1秒后秒后该回线跳闸，在第一或第二个振荡周期里该回线跳闸，在第一或第二个振荡周期里发电机失稳，则判定发电机失去暂态稳定。发电机失稳，则判定发电机失去暂态稳定。不同模型的暂态稳定极限对比不同模型的暂态稳定极限对比励磁励磁U U参数参数T-S FEM假设假设A假设假设B 假设假设B-1额定额定U Ufnfn79 72 70 69 P /MW478450441436/%05.97.78.80.8Ufnfn90 83 79 78 P/MW413400391388/%03.15.36.14 暂暂态稳定极限的时步有限元分析态稳定极限的时步有限元分

11、析5 失磁异步运行能力的时步有失磁异步运行能力的时步有限元分析限元分析 汽轮发电机的失磁原因主要有两种，汽轮发电机的失磁原因主要有两种，一种是励磁绕组短路失磁，另一种是励一种是励磁绕组短路失磁，另一种是励磁绕组开路失磁。磁绕组开路失磁。 发电机失磁发电机失磁后会进入后会进入异步运行，即成异步运行，即成了一台转差为了一台转差为s的异步发电机。的异步发电机。5 失磁异步运行能力的时步有失磁异步运行能力的时步有限元分析限元分析 对励磁绕组短路进行仿真时，将对励磁绕组短路进行仿真时，将4.5倍的倍的励磁电阻串入励磁回路励磁电阻串入励磁回路来模拟灭磁电阻来模拟灭磁电阻。51015202530314.2314.3314.4314.5t/s/(rad/s) T-S FEMPSD-BPA5101520253005001000t/sIf/A T-S FEMPSD-BPA5 失磁异步运行能力的时步有失磁异步运行能力的时步有限元分析限