汽轮发电机失磁异步运行仿真分析_张建涛

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1、2014．No．4汽轮发电机失磁异步运行仿真分析设计与研究汽轮发电机失磁异步运行仿真分析张建涛，胡刚(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)摘要:指出汽轮发电机失磁异步运行可以减小起停机成本，而且对电网的安全稳定运行有重要意义。采用Simulink软件搭建了汽轮发电机失磁异步运行的仿真模型，仿真得到了励磁回路短路和开路两种失磁情况下的电机动态特性，为汽轮发电机的失磁保护及运行控制提供了依据。关键词:汽轮发电机;失磁;异步运行;仿真轮发电机失磁后异步运行进行了研究，开发了相应0引言的计算程序。但由于当时技术手段限制，采用了很汽轮发电机失磁异步

2、运行，是指发电机失去励多的假设，比如发电机铁磁材料的非线性、定子结构磁后仍输出一定的有功功率，以低转差率与电网并形式等。近年来，有些高校采用机网耦合的有限元联运行的一种特殊运行技术。发电机突然地部分或法对发电机失磁异步运行方面进行了研究，但耗时全部失磁，是发电机励磁回路常见的故障之一。大较长，不适用于工程应用。因此，笔者采用Matlab/型汽轮发电机励磁系统故障的种类很多，其中以误Simulink软件建立汽轮发电机失磁异步运行的仿真操作、检修维修不良、失磁保护误动作等居多。多数模型，分析电机失磁后的动态行为。失磁故障是能够快速排除的。因此，当发电机出现1

3、失磁异步运行的基本原理失磁故障时，若能允许短时异步运行，电气人员便可藉此机会寻找失磁原因，迅速消除失磁故障，恢复励由电机理论可知，汽轮发电机的直轴和交轴同［1－3］磁实现再同步，恢复电机正常运行。步电抗近似相等。当发电机并网运行时，其输出电当发电机失磁后，如果采取立即解列以至停机磁功率可用下式表示的措施，并不是最好的方法。对于大容量的机组，突EdUPe=sinδ然切机、甩负荷对电力系统的稳定是不利的，对发电xd机本身的寿命也是有影响的。如果发电机所处的电其中Pe为电磁功率，U为电网电压，δ为功角，网，有一定的无功储备，经过计算，确定发电机失磁xd为直轴同

4、步电抗。Ed为励磁磁势在定子中所感异步运行不会危机系统的稳定，也不会影响电机本应的同步电势。身的安全运行，则可以允许发电机失磁异步运行一以发电机短路失磁为例。在失磁瞬间，转子仍段时间。这对于减少用户停电、确保供电可靠、提高处于同步运行状态。虽然转子电压变为0，但由于［3］磁通不能突变，转子电流将近似地按指数规律衰减。电力系统安全和稳定运行是具有重要意义的。20世纪80年代，在电科院的指导和推动下，以于是Ed也逐渐减小，而端电压与电网保持不变，则试验研究所为主，联合调度部门、发电厂共同配合，发电机电磁功率减小。由于原动机所供给的机械功并邀请高等院校参加，在

5、一批100MW、125MW和率不变，故转子逐渐加速，功角随之增大，以自动补200MW汽轮发电机组上进行了失磁异步运行试偿Ed的下降，而使电磁功率Pe与机械功率Pm保持验，积累了很多经验和研究成果。“七五”期间，哈平衡。这个过程可用功角特性曲线加以描述，如图尔滨电站设备成套设计所对国产化300/600MW汽1所示。失磁后，由于Ed下降，功角特性按1、2、3、4—35—设计与研究上海大中型电机2014．No．4依次下移。显然，功角特性下降到2时，电机尚不会的仿真模型，如图2所示。失步，只是功角δ1由增大到δ2，仍保持Pe与Pm的平衡。当功角特性下降到曲线3时

6、，功角δ增大到静态稳定极限90°，发电机处于临界失步状态。之后，随着Ed继续下降，功角特性继续下移如曲线4所示，则原动机的机械功率大于发电机输出的电磁功率，转子转速增加，转差率升高，平均异步转矩增大，发电机进入异步运行状态，直至平均异步转矩与输入机械功率相［1］等，电机进入稳态异步运行状态。图2汽轮发电机失磁异步运行仿真模型发电机发生失磁故障的类型很多，像开路失磁、部分失磁，经消弧线圈失磁、短路失磁等。针对两种极端情况，即完全开路和短路失磁进行仿真分析。发电机发生短路失磁后，转子外施电压为0，在仿真中可以用阶跃变化的电压信号模块实现这一过程，而发生开路失

7、磁后，转子电流为0，转子电阻相当于无穷大。根据这一原则，在励磁回路中添加一控制开关，如图3所示。当发生开路失磁后，转子回1、2、3、4分别为不同的功角特性曲线，Pm为机械功率，Pjp为平均异步转矩，s为转差率路接入一外部电阻Rex(Rex=1000Rf)，从而实现开图1发电机失磁后功角特性路失磁工况的模拟。2失磁异步运行的仿真模型2．1基本假设采用Simulink软件建立汽轮发电机失磁异步运行的仿真模型，为了简化问题，需要做如下假设:1)忽略电机磁场变化，假定电机在失磁过程图3励磁回路模型中电磁参数保持不变;2)不考虑汽缸的调节作用，假定失磁过程中3仿真

8、结果分析的机械输入功率不变;3)电机与无穷大电网相连，并且电网无功容3．1电机基