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考虑频率波动的水电孤网发电机自励磁研究

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  • 更新日期:2014-09-05 10:42
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摘要:分析了发电机自励磁的物理过程,采用计及线路感抗的线路模型从理论上深入研究了频率对发电机自励磁的影响,推导出了发电机带空载长线时发生自励磁的临界频率表达式,指出当孤网频率超过临界频率的情况下,系统可能由正常状态过渡到发生自励磁的运行状态;并在临界频率的基础上推导出发电机在考虑自励磁后缩小了的运行极限,为避免水电机组孤网运行产生自励磁现象提供了理论依据。采用PSCAD / EMTDC进行仿真,仿真结果证明了所得结论的正确性。

  关键词: 孤网,线路感抗,励磁,频率,负荷,仿真

   0 引言

   发电机的自励磁现象,是指当发电机所带的容性负荷达到某一指标后,回路中的容性电流所产生的助磁会使发电机的端电压逐渐增大,而升高的发电机电压又引起容性电流的增长,机端电压因助磁作用再度增加,如此循环下去,使机端电压自发增大、越来越高的现象[1],其通常发生在小机组带空载长线路方式下。相关运行部门已对此问题进行了深入研究[2-9]。在线路感抗的处理上,主要采用忽略感抗对线路等值容抗影响的方式[10- 14],此方式计算简单、方便,但是在线路感抗对等值容抗影响较大的情况下会造成自励磁判据出现偏差,不利于工程实际运用。文献[15]考虑了线路感抗,采用蒹型等值电路,但并未对其进行有效说明。水电机组在孤网方式下由于失去了主网对系统频率、电压的有力支撑,因此孤网频率波动较大,而系统某些参数(如线路阻抗等)与系统频率存在一定的关系,进而与机组的自励磁临界条件也存在一定的联系,因此有必要对其进行专门的研究。目前对此方面的研究大多局限于经验总结,理论性的分析还较少[16]。此外,对于自励磁的研究,大多采用发电机空载带长线的模型[2,6-7,14],对于发电机空载前的负荷对自励磁的影响研究较少。

  本文比较分析了线路感抗的2 种不同处理方式对自励磁判据的影响。同时在考虑系统参数随频率变化特性的基础上,推导出自励磁的临界频率表达式,分析了发电机空载前的负荷对自励磁的影响,进而给出了考虑自励磁因素的发电机运行极限,最后提出了预防自励磁发生的措施,为避免孤网方式下水电机组自励磁提供一定的理论参考。

  1 自励磁的物理过程

  同步发电机自励磁的本质是定子电感在周期性变化中与外电路容抗参数配合时发生的参数谐振。如图1 所示孤网方式下,由于空载长线对地电容的影响,发电机相当于连接一个等效容性负载,在此电容负载满足一定数值条件下,发电机即使在没有励磁电源的情况下,由转子铁芯中的剩磁所激发的机端电压也会逐渐升高,但在磁路饱和的约束下不会无限增大,而是稳定在某一定值。图中,R 为发电机定子绕组电阻,RT为变压器电阻,RL为输电线路电阻,XC为线路等值容抗,XdΣ=XT+Xd,XqΣ=XT+Xq,X′dΣ=XT+X′d,其中XT为变压器电抗。
 

 
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