大型水轮发电机组励磁系统设计的新理念.doc

大型水轮发电机组励磁系统设计的新理念 清华大学电力系统国家重点实验室兼职研究员 三峡水电厂励磁系统高级技术顾问 李基成 4.灭磁系统设计新理念[3] 4．1灭磁方式的选择 4．2灭磁电阻容量的选择 另外，在三峡机组真机在进行55%额定电压三相突然短路时所录取的转子电流衰减全过程实测结果来看，转子电流衰减全过程在1S左右（图4-3）（注意，此时灭磁开关没有跳，励磁处于它励状态），同样也近似是按Ta3 =0.32S衰减的，更进一步证明了上述估算灭磁理念的正确性。 此外，发电机三相突然短路时，转子电流非周期分量最大值按ANSI/IEEEC37.18标准建议值为3 Ifn 。但是在确定灭磁电阻容量时，不应以此电流作为选择磁场存储能量的依据，因为在切除外部故障瞬时，通常短路持续时间在0.1S以内，此时衰减的转子电流非周期分量，已接近于（60%-70%）的初始值，接近于？的数据使灭磁电阻所承受的灭磁容量更进一步大大降低。 图4-3 三峡机组55%额定电压突然三相短路定子电流及转子励磁 电流的变化曲线  再次，还应注意到当接入灭磁电阻后，转子电流将按比时间常数更小的响应时间常数而衰减，这将使灭磁过程进一步加速结束。 另外，在选择灭磁电阻的容量时还应该考虑到灭磁电阻的短时过载能力，这样依据本文提出的灭磁理念，可使灭磁电阻标称容量的选择更加合理性。 最后应该强调的一点是：在发电机定子突然三相短路时，此时相当于电制动过程，此时将有大量的磁场能量消耗在定子绕组中，在估算发电机突然三相短路灭磁能量时，此情况应予以考虑，其影响必将有助于降低灭磁电阻的容量。 4．3 按发电机磁链守恒原理确定灭磁容量的新概念 在4.2节中探讨了按传统灭磁理念确定灭磁容量的方法，指出了传统灭磁理念存在的误区及不足之处，并在此基础上对传统灭磁理论进行了修正，例如明确不应以发电机空载误强励作为确定灭磁容量的准则以及对发电机三相突然短路时灭磁时间常数的修正等。但是总体而言，这种修正仍是不完善的，因为实际上在灭磁过程中，特别是发电机转子电流的变化并非按灭磁前工作方式所确定的初始值而变化的，而是依据发电机磁链守恒原理做阶跃式的变化。？？？ 图4-4水轮发电机甩负载时励磁系统个参量的变化 作为实例，可从图4-4所示的水轮发电机甩负载励磁系统各参量的示波图得到正确的结论，测试机组为三峡700MW水轮机组，甩负载前有功负载350MW，无功141MVAR;甩负载后发电机频率瞬时上升Δ f=34%fn，机端电压上升瞬时Δ Ug=5% UgN 。因此，应特别关注的发电机甩负荷后，转子励磁电流值由额定励磁电流值瞬时跌落到近似于空载额定励磁电流值，其后逐渐上升到空载额定励磁电流值？？图4-4示波图 清晰的说明了在灭磁过程中（这不是灭磁而是甩负荷！！）转子电流并不是按初始值和相应的时间常数进行衰减的，而是以近似于按空载励磁电流进行衰减的，这一物理现象可以理解为由于发电机磁场回路遵循磁链守恒原则，当发电机突然甩负载后，由于定子安匝急剧下降到零值，为遵循磁链守恒原则，保持发电机磁路中气隙合成电势不变，转子电流必须下降到与合成气隙电势相对应的数值，此电流近于空载励磁电流值。 在甩负载过程中，甩负载前储存在发电机磁场回路的能量，部分的通过气隙消耗在接在发电机升压变压器高压断路器断口中，其后如进行灭磁将等同于发电机空载灭磁。？？？ 基于上述发电机磁链守恒基本概念，对于发电机其他负载运行方式的灭磁，例如前面讨论过的发电机额定灭磁以及强励状态下各种灭磁的灭磁方式，一旦发电机高压侧出口断路器跳闸，其灭磁容量均可以按空载灭磁考虑。缪论！ 作者这一灭磁理念，与美国GE公司考虑灭磁能量的观点，即带负载的发电机，一旦主断路器跳闸，不论其原始励磁电流如何，均可即按发电机空载状态作为选择灭磁能量的依据是一致的。那么空载强励或误强励了呢？发电机的空载特性就没有饱和段了吗？ （那么，在机组断路器没有断开的情况下灭磁，就不能只按发电机空载状态来考虑，事实上，有时候灭磁开关就是比机组出口断路器的动作快一点时间） 至于发电机突然三相或两相短路以及单相对地短路等故障方式的灭磁概括起来基本有两种不同的情况，第一种情况是故障发生后在相应继电器保护作用范围内通过总出口继电保护跳发电机出口断路器及磁场断路器进行灭磁，其后灭磁过程类似于空载灭磁，仍可按发电机空载灭磁考虑灭磁电阻的容量。 第二种情况是当发电机机端发生直接短路时，由于发电机主断路器分断后无法切除短路点，