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超高压发电机失磁过程的研究

吕艳玲  
【摘要】: 超高压发电机采用高压交联聚乙烯(XLPE)电缆作为定子绕组,这种革新结构使其能够输出高电压,从而可以直接并网。超高压电机的这种结构与特性的改变,必然导致其运行特征不同于传统发电机的运行特征,因此,对超高压发电机的运行进行系统地研究是极为必要的。由于超高压发电机发生失磁故障后,可能造成定子电流增大,转子过电压,异步转矩大,定子绕组发热,转子表面温度和阻尼条温度过高等等一些原因限制其异步运行。本文从失磁过程中定、转子各电气量的变化规律、失磁稳态异步运行时的磁场和失磁后定转子温度场等多方面对超高压发电机失磁过程进行了研究。 本文建立了超高压发电机变参数模型,模型中考虑并计算了励磁绕组和直轴阻尼绕组间的互感漏抗,得出超高压发电机暂态分析时不能忽略此值的结论。经验公式表明,转子的涡流与转差密切相关,而失磁运行时,转差又随时间变化而变化,因此本文采用考虑了励磁绕组和直轴阻尼绕组间互感漏抗和转子涡流的二阶模型对超高压发电机失磁过程进行研究。超高压发电机从失磁到失步的过程会影响系统的静态稳定性,通过数值计算,确定了超高压发电机的功率特性及静态稳定极限角和极限功率,得出了超高压发电机的静态稳定裕度较大的结论。另外,超高压发电机失磁后,定子回路参数一定发生变化,为此研究了机端的阻抗特性,为超高压发电机的失磁保护中的阻抗继电器整定提供基础数据。 建立了超高压发电机的失磁变参数模型,运用动态仿真的方法分析了超高压发电机的失磁过程,通过实验机组验证,确定了超高压发电机失磁故障仿真模型和仿真方法的正确性。分析了在系统运行的超高压发电机发生失磁故障后对较近和较远处机组的影响。 建立了超高压发电机二维物理模型。求解过程中采用了有限元自适应网格剖分,可在保持精度的情况下减少剖分单元数。在处理定子和转子的运动耦合问题时,采用运动边界插值法,将电机在气隙中线处分割为定子与转子两部分,然后将定转子节点方程通过气隙中心线上运动边界处的节点进行插值耦合,进而得到运动有限元模型。通过分析超高压发电机同步运行和稳态异步运行时的磁场分布,得出超高压发电机失磁后稳态异步运行与同步运行时的气隙磁密基波幅值一致,而谐波磁密的幅值较大的结论。并且得出随着超高压发电机失磁前所带负荷的减少,气隙磁密谐波分量也逐渐减小,气隙磁密逐渐接近正弦波的结论。 建立了超高压发电机三维温度场模型,分析了超高压发电机同步运行时的温度场分布。通过定、转子各部分温升的计算值与温升实验数据的对比,验证了模型的准确性。在此基础上分析了超高压发电机失磁后,定、转子电流最大时定、转子极限温度场的分布。


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