發(fā)電機(jī)現(xiàn)場進(jìn)相分析及MATLAB仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u143111.1電氣主設(shè)備參數(shù) 187831.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析 196761.3凸極發(fā)電機(jī)仿真 236871、定子發(fā)熱 225142、轉(zhuǎn)子發(fā)熱 232093、Pm的極限 3100944、靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限 3101975、最小允許勵磁 3176141.4隱極發(fā)電機(jī)仿真 4以汽輪發(fā)電機(jī)為例[15]。1.1電氣主設(shè)備參數(shù)額定容量412MVA額定有功功率350MW額定功率因數(shù)0.85不飽和同步電抗2.05主變的短路阻抗0.148系統(tǒng)連接阻抗0.0051.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析表4-1某汽輪機(jī)組遲相、進(jìn)相試驗(yàn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量參數(shù)工況1工況2工況3工況4工況5工況6P/MW346.6349.8280280.7199.8197.9Q/Mvar68.9-61.851.9-81.741.8-59.8δ/（°）41.859.135.951.829.743.4Us/kV237233.5239.8235.7236.1229I（A）8603.829172.416870.137641.065071.005513.98φ/（°）11.19-9.9911.09-15.8713.48-17.57If/A254922442292183520141489Ug/kV23.5422.1123.6522.1223.1521.71從表格數(shù)據(jù)可以看出，試驗(yàn)1是發(fā)電機(jī)額定有功下的遲相運(yùn)行，試驗(yàn)2、試驗(yàn)4、試驗(yàn)6是發(fā)電機(jī)在有功功率不同的條件下實(shí)現(xiàn)不同深度的進(jìn)相運(yùn)行，進(jìn)相運(yùn)行對發(fā)電機(jī)運(yùn)行功角增加、系統(tǒng)電壓降低、定子電流增加、機(jī)端電壓降低等均有較顯著的影響。發(fā)電機(jī)在高負(fù)荷有功工況運(yùn)行時，功角很大，靜穩(wěn)裕度較小，定子電流較大，需考慮定子鐵芯發(fā)熱極限，機(jī)端電壓降低明顯，也是主要限制因素之一。發(fā)電機(jī)在低負(fù)荷有功工況運(yùn)行時，進(jìn)相到一定深度（δ=43°~55°），QUOTEcosΦcosΦ已接近進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)的一般限制值0.95（超前），故低負(fù)荷時進(jìn)相試驗(yàn)只做到QUOTEcosΦcosΦ接近限制值0.95（超前）為止。進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)時，對降低220kV（高壓）母線電壓有一定的效果，可降低2~8kV。表4-2各現(xiàn)場試驗(yàn)下的數(shù)據(jù)變化參數(shù)試驗(yàn)2試驗(yàn)4試驗(yàn)6P和QP/MW350280200Q/Mvar+68.9→-61.8﹢51.9→-81.7+41.8→-59.8Q的變化區(qū)間/Mvar發(fā)電機(jī)側(cè)130.7133.6101.6Us變化幅度/kV237→233.5239.8→235.7236.1→2296kV廠用電電壓電壓/kV6.12→5.876.13→5.886.05→5.74降低百分比/%1.261.25I/A8603.82→9172.41端部鐵芯溫度T/℃63.8→81.7由于自動勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，且勵磁系統(tǒng)的等效時間常數(shù)Te不斷減小，進(jìn)相容量愈加變大，此時功角δ已經(jīng)不是限制因素，廠用母線電壓急劇降低才是限制進(jìn)相運(yùn)行的重要條件。從上述表格能夠看出，不論發(fā)電機(jī)在高負(fù)荷或是低負(fù)荷下運(yùn)行，廠用母線電壓的降低幅度都不容樂觀。尤其工況3時，6kV廠用母線電壓已經(jīng)降至95%Un（5.7kV），此時任一低壓電動機(jī)一定比率過負(fù)荷運(yùn)行，都會破壞機(jī)組穩(wěn)定[15]。需要注意的是，進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)過程中，其他發(fā)電機(jī)在本機(jī)吸收無功增多的同時會自動多發(fā)出無功，使得該機(jī)進(jìn)相對母線電壓的調(diào)壓效果降低，因此需控制其他發(fā)電機(jī)的無功功率出力。另外系統(tǒng)電壓波動也是需要重點(diǎn)關(guān)注的對象之一，系統(tǒng)穩(wěn)定問題從來不可忽視。綜上所述，發(fā)電機(jī)組的安全進(jìn)相深度受到機(jī)端電壓、發(fā)電機(jī)定子溫度和運(yùn)行功角的要求限制，還需綜合考慮系統(tǒng)電壓、系統(tǒng)阻抗的變化，現(xiàn)場試驗(yàn)充分顯示了發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行對系統(tǒng)無功的吸收能力和對高壓母線的調(diào)壓能力，理論上的靜穩(wěn)極限邊界可以由仿真得出。1.3凸極發(fā)電機(jī)仿真凸極機(jī)安全運(yùn)行極限主要受以下因素限制定子發(fā)熱為避免定子過熱，一般應(yīng)禁止發(fā)電機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行。在圖4-1中，紅色圓弧即為定子過熱邊界，參照2.2.5節(jié)論述，此時I=In，In在P-Q圖上的長度表示為QUOTEInU=SnInU=Sn。轉(zhuǎn)子發(fā)熱額定運(yùn)行條件下，勵磁電流為Ifn。遲相工況下保持電壓和定子電流不變，若If＞Ifn，轉(zhuǎn)子會過熱。從這一點(diǎn)出發(fā)，當(dāng)QUOTEcosφ＜cosφncosPm的極限凸極機(jī)額定功率Pn，受原動機(jī)額定功率Pmn限制，一般Pmn≥Pn，在圖4-3中Pmn=Pn。靜態(tài)穩(wěn)定運(yùn)行極限凸極機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時，Eq與U之間的夾角δ不斷增大，此時凸極機(jī)的有功輸出受靜穩(wěn)極限限制。下式即為凸極機(jī)理論上的靜穩(wěn)極限：然而，工程實(shí)踐中發(fā)電機(jī)進(jìn)相一般不可以達(dá)到理論極限，因?yàn)樾枰舫鲈６瓤紤]短時過負(fù)荷的突發(fā)狀況。因而，必須找出發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的實(shí)際靜穩(wěn)極限，通常設(shè)置過負(fù)荷裕度為0.1Pn。在理論靜穩(wěn)邊界上先取一些點(diǎn)；然后保持勵磁（Eq/Xd）不變，通過理論曲線上低于各選取點(diǎn)0.1Pn的新點(diǎn)作水平線交勵磁不變的圓弧于各實(shí)際點(diǎn)，各實(shí)際點(diǎn)的連線就是實(shí)際靜穩(wěn)邊界，即圖5-1中的淺藍(lán)色曲線。最小允許勵磁最低勵磁一般是以Ifmin=0.1Ifn為下限，在圖5-1中深藍(lán)色曲線就是最低勵磁限制。下面討論凸極機(jī)感應(yīng)電勢Eq的計(jì)算：由圖2-6可以列出故圖5-1凸極機(jī)安全運(yùn)行極限1.4隱極發(fā)電機(jī)仿真隱極機(jī)在P-Q關(guān)系圖上的穩(wěn)定極限與凸極機(jī)類似，如圖5-2。紫線CD是以M為圓心，以QUOTEEqXdEqXd半徑所畫出的圓弧，在P-Q圖上的長度表示為QUOTEEqUXdEqUXd；曲線GC是以O(shè)為圓心，用In為半徑所決定的圓弧,在P-Q圖上的長度表示為QUOTEInU=SnInU=Sn；水平線GB是由原動機(jī)最大安全輸出功率Pm所決定的，圖中Pm稍大于發(fā)電機(jī)額定有功功率Pn；而垂直線MH是理論上隱極機(jī)直接與無窮大系統(tǒng)相連時的靜穩(wěn)極限，在該邊界，功角δ=90°。垂直線MH與P軸的距離為QUOTEUXdUXd，在P-Q圖上的長度表示為QUOTEU2XdU2Xd。若考慮外部電抗，則隱極機(jī)的靜穩(wěn)極限是一段圓弧。同樣，留有0.1Pn的靜穩(wěn)裕度防止突然過負(fù)荷。為構(gòu)成實(shí)際靜穩(wěn)邊界，在理論曲線上先取一些點(diǎn)，按與凸極機(jī)相同的方法構(gòu)成新的曲線邊界，也可以用功角QUOTEδ=70°δ=70°的直線作為靜穩(wěn)定容量限制線[10]，此時發(fā)電機(jī)的靜過載能力QUOTEK=1sin70°=1.06K=1sin70°下面討論隱極機(jī)感應(yīng)電勢Eq的計(jì)算：由圖2-1可列出綜上繪出具有均勻氣隙的隱極機(jī)的安全運(yùn)行極限，如圖5-2所示。圖5-2隱極同步發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行極限對前一章汽輪機(jī)現(xiàn)場進(jìn)相試驗(yàn)的安全運(yùn)行極限進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖5-3所示。圖5-3汽輪機(jī)仿真安全運(yùn)行極限圖中交點(diǎn)坐標(biāo)如表5-1所示。表5-1350MW汽輪發(fā)電機(jī)交點(diǎn)坐標(biāo)交點(diǎn)序號ABCD坐標(biāo)(-0.4878,0)(-0.3854,0.85)(0.5268,0.85)(0.8358,0)現(xiàn)場進(jìn)相試驗(yàn)三種工況下無功功率的最大吸收值（標(biāo)幺值）分別是0.3854、0.421、0.4548，折合成實(shí)際值分別是158.8Mvar、173.5Mvar、187.4Mvar，三種工況下勵磁電勢Eq的最低限值（標(biāo)幺值）分別為1.7556、1.4048、0.9875，額定工況下Eq標(biāo)幺值為2.7134。由圖5-3可以看出，發(fā)電機(jī)進(jìn)相的靜穩(wěn)極限邊界上的點(diǎn)到A點(diǎn)的距離，即最低勵磁限制隨發(fā)電機(jī)有功的增加而增大，這也決定了發(fā)電機(jī)V形曲線存在臨界穩(wěn)定限制（由維持穩(wěn)定所需的最小勵磁電流決定），該處即功角δ=90°的臨界邊界，且隨著發(fā)電機(jī)的有功功率增大