大型發電機組滅磁裝置能容量的選擇和仿真計算

黃冬華   王川

 (中國安徽凱立科技股份有限公司，安徽 合肥  230031)

[摘要] 本文探討了大型發電機組滅磁裝置能容量的選擇方法及滅磁能容的計算

[關鍵詞] 發電機、滅磁、吸能容量

一、概述

目前隨著電力工業的迅猛發展，全國總裝機容量的不斷增加，發電機組的單機容量也越來越大。而對于大型發電機組的滅磁能容問題也已成為人們關注的焦點，以下以三峽電站水輪發電機為例，對大型發電機組滅磁能容量的選擇進行探討。  

二、發電機的幾種滅磁工況

1、發電機空載滅磁：

是指在發電機的轉速保持為同步轉速，電樞空載情況下，跳滅磁開關，滅磁時的起始電流為空載勵磁電流，此工況下滅磁能量相對較小。

2、發電機額定滅磁：

發電機額定滅磁時定子電流快速消失，由于氣隙磁場不發生突變，轉子電流相應降低至空載時水平，對應的轉子磁能損失透過氣隙消耗在定子側斷路器中，其后的滅磁工況類似空載滅磁。

3、空載誤強勵滅磁：

當發電機起動達額定轉速，勵磁電源投入尚未并網前，調節器故障出現空載誤強勵時，此時繼電保護若不動作，轉子電流將上升較快,根據三峽機組參數可知，空載誤強勵時轉子的終值電流將達約19100A。對于三峽機組來說，三峽已投運機組設有兩組過流及定子過壓保護，來提高繼電保護的可靠性，當發電機定子過電壓達到1.3倍額定值，保護延時0.3S動作，限制了勵磁電流的上升。所以在空載誤強勵情況下，對于滅磁裝置的能容量的選擇可不需要按照空載誤強勵時轉子的終值電流來考慮，只需按照此時發電機定子過電壓達到1.3倍額定值，保護延時0.3S動作時的發電機滅磁工況來考慮滅磁裝置的能容量。

4、發電機端突然三相短路滅磁：

由三峽機組發電機三相突然短路時的發電機定子及轉子電流的仿真計算（見圖1）結果可看出，轉子電流整個衰減過程在0.6S左右，基本上與定子繞組三相短路時間常數Ta3相對應，而不是由三相短路直軸暫態時間常數Td3’所決定，對三峽VGS型機組而言，Ta3＝0.32S而Td3’＝3.2S，為此在估算磁場滅磁容量時，應按與實測結果相符的Ta3時間常數來計算。

另外，由三峽機組55％額定電壓三相突然短路轉子電流衰減（見圖二）全過程實測結果來看，整個衰減過程也在1S左右，同樣也是按T_a＝0.32S衰減的，更進一步證明了上述滅磁理念的正確性。

圖一

對于大型水輪發電機滅磁電阻容量的選擇應從客觀實際出發，不僅考慮到滅磁系統的需求，而且要兼顧到主機運行的安全性。在考慮滅磁電阻****容量時，可按發電機與定子繞組三相突然短路時間常數Ta3對應的電感作為計算轉子勵磁繞組存儲的磁場是適宜的，同時對轉子電流直流分量****的電流數值的選擇也應以故障切除時的相應電流值為準，根據電力系統故障切除時間在0.1s左右，此值約占轉子電流****值的（60～70）％。

根據以上分析，對于發電機的滅磁裝置能容量只需要考慮空載誤強勵和定子三相突然短路兩種工況，我們利用計算機仿真計算程序來計算三峽機組這兩種工況下的滅磁能量，進而科學合理地確定三峽機組滅磁裝置的能容量。

三、將三峽實際的試驗數據與計算機仿真計算結果進行比較，以驗證計算機仿真計算的正確性。

3.1首先將三峽實際錄波的三相短路（55%時）狀態波形與計算機仿真計算結果進行比較。

3.1.1實際錄波的定子三相短路（55%）時定子A、B、C、相及轉子電流波形（見圖二）:

圖二

3.1.2用計算機仿真計算定子三相短路（55%）時定子A、B、 C、相及轉子電流波形(見圖三)：