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上海伊謄實業(yè)有限責任公司
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發(fā)電機的不對稱運行研究
2017-10-30 閱讀(220)
1發(fā)電機負序電liu產(chǎn)生的附加發(fā)熱和振動
正序電流是由發(fā)電機電動勢產(chǎn)生的,正序電流所形成的正序磁場與轉(zhuǎn)子保持同步,對轉(zhuǎn)子而言是相對靜止的,在轉(zhuǎn)子繞組里不感應(yīng)電流,這種情況下,轉(zhuǎn)子的發(fā)熱由勵磁電流來決定。而當負序電流出現(xiàn)后,它除了和正序電流疊加使定子相電流可能超過額定值致使繞組過熱之外,還會引起轉(zhuǎn)子的附加發(fā)熱和機械振動,因為當定子三相繞組中流過負序電流時,所產(chǎn)生的負序旋轉(zhuǎn)磁場將以同步速度向轉(zhuǎn)子運動的反方向旋轉(zhuǎn),在勵磁繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)子本體中感應(yīng)出兩倍額定頻率(100Hz)的電流,從而引起附加發(fā)熱。由于該感應(yīng)電流的頻率較高,集膚效應(yīng)較大,不容易穿入轉(zhuǎn)子深處,所以這些電流只在轉(zhuǎn)子表面的薄層中流過。對汽輪發(fā)電機,通常齒部的穿透深度為幾毫米,槽楔處約為1～1.7cm。因此,感應(yīng)電流在轉(zhuǎn)子各部分造成的附加發(fā)熱集中于表面層。因此電流在轉(zhuǎn)子表面的分布與鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)子電流分布相似,在轉(zhuǎn)子表面沿軸向流動,在轉(zhuǎn)子端部沿圓周方向流動,從而形成環(huán)流。這些電流不僅流過本體1-(線A),還流過護環(huán)2-(線B、C和D)以及芯環(huán)3-(線D)。這些電流流過轉(zhuǎn)子的槽楔與齒,并流經(jīng)槽楔和齒與套箍的許多接觸面。這些地方的電阻較高,發(fā)熱尤為嚴重,可能產(chǎn)生局部高溫,以致破壞轉(zhuǎn)子部件的機械強度和繞組絕緣。
除了上述的附加發(fā)熱外,負序電流所產(chǎn)生的負序磁場還在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生兩倍額定頻率的脈動轉(zhuǎn)矩,使發(fā)電機組產(chǎn)生100Hz的振動并伴有噪聲。這種振動將引起金屬疲勞和機械損傷,給機組帶來嚴重危害。
負序電liu產(chǎn)生的附加發(fā)熱和振動,對發(fā)電機的危害程度與發(fā)電機的類型和結(jié)構(gòu)有關(guān)。
汽輪發(fā)電機由于轉(zhuǎn)子是隱極式的,磁極與軸為統(tǒng)一整體,繞組置于槽內(nèi),散熱條件較差,所以負序電liu產(chǎn)生的附加發(fā)熱可能成為限制不對稱運行的主要條件。而負序電流在汽輪發(fā)電機中引起的機械振動較小,因為它的轉(zhuǎn)子是個圓柱體,縱軸和橫軸的磁導相差不大,引起的附加振動也不大,所以機械強度的危害較小。
2水輪發(fā)電機不對稱運行時的主要條件
水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子是凸極式的,散熱條件較好,當它與隱極機有同樣的不對稱運行條件時,其附加發(fā)熱溫升較低,如有阻尼繞組,雖可引起阻尼繞組的發(fā)熱,但阻尼繞組可以削弱負序磁場的影響,從而減輕轉(zhuǎn)子的發(fā)熱程度。但是,水輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子直徑較大,縱軸和橫軸的磁導差別也較大,因而由負序電流所引起的機械振動較嚴重。同時,由于水輪發(fā)電機的機座是焊接件,承受振動的能力又較弱,所以附加振動就可能成為限制水輪發(fā)電機不對稱運行的主要條件。
發(fā)電機不對稱運行時,其允許負荷主要決定于下列三個條件:①負荷zui大相的定子電流,不應(yīng)超過發(fā)電機定子的額定電流。②轉(zhuǎn)子zui熱點的溫度,不應(yīng)超過轉(zhuǎn)子絕緣材料和金屬材料的允許溫度。③不對稱運行時出現(xiàn)的機械振動,不應(yīng)超過允許范圍,機械振動的允許值按制造廠*的標準確定。
*個條件是考慮到定子繞組的發(fā)熱不超過允許值。第二個和第三個條件是針對不對稱運行時出現(xiàn)的負序電流所造成的危害而提出來的。由于發(fā)電機的結(jié)構(gòu)、材料和冷卻方式等的不同,負序電流允許范圍也不同。因此,不對稱運行時,負序電流的允許值和允許時間都不應(yīng)超出制造廠家規(guī)定的范圍。如無制造廠家的規(guī)定,可參照我國規(guī)定的發(fā)電機不對稱運行時的允許電流和持續(xù)時間來執(zhí)行。
現(xiàn)簡要分析規(guī)定:
第1項規(guī)定為當系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路時,其允許持續(xù)時間t (s)由負序能力I22t允許值來計算。其中I2是等值負序電流對額定電流之比,即額定標幺值,具體由下式?jīng)Q定
I2=
式中i2――負序電流的瞬時標幺值,即負序電流瞬時值對額定電流的比值。
當發(fā)電機裝有自動調(diào)整勵磁裝置或強行勵磁裝置時,I2可按短路電流計算。
這項規(guī)定的特點是I2值很大,持續(xù)時間t很短。I22 t代表負序能力,為熱容量,它決定轉(zhuǎn)子各部分的溫度。所以,I22 t的允許值根據(jù)電機類型以及冷卻方式而有所不同。對10萬kW以下的空氣冷卻或者氫冷卻的汽輪發(fā)電機,其負序能力I22 t=30s。對于用水直接冷卻的汽輪發(fā)電機,由于定子電流密度顯著增大,轉(zhuǎn)子表面的渦流損失mi度也增大,I22 t的允許值變小,我國規(guī)定此值等于15s。歐美各國規(guī)定的此值更小一些,一般等于10s。
隨著機組容量的增大,I22 t的允許值顯著地降低。對于凸極式水輪發(fā)電機,我國規(guī)定I22 t=40s。
關(guān)于第3項,發(fā)電機在額定負荷下連續(xù)運行時,有兩個規(guī)定,一是對三相電流之差對額定電流之比的限定,規(guī)定各相電流zui大差值對額定電流之比,即Imax-Imin/IN不得超過表中所列數(shù)值,具體為:汽輪發(fā)電機不得超過10%,水輪發(fā)電機不得超過20%。二是對負序電流標幺值的限定,即對I2/IN的限定。二者中一般是采用對I2/IN的限定。我國對汽輪發(fā)電機規(guī)定不得超過6%,水輪發(fā)電機不得超過12%。當發(fā)電機在低于額定負荷情況下運行時,各相電流zui大差值對額定電流之比可以大于表中第3項中規(guī)定的數(shù)值,但應(yīng)根據(jù)試驗zui后確定。
在發(fā)電機運行時,如果發(fā)現(xiàn)三相電流的不對稱值超過第3項規(guī)定的數(shù)值時,應(yīng)立即查明原因并設(shè)法消除。如果出現(xiàn)的負序電流數(shù)值和持續(xù)時間超過第2項的規(guī)定,則應(yīng)立即將發(fā)電機解列停機。
