大型水轮发电机空载电压波形的分析计算与试验研究

本文介绍了大型水轮发电机空载电压波形的有限元计算方法,运用二维运动电磁场时步有限元模型与电路耦合模型,综合考虑铁心饱和、转子旋转、阻尼绕组端环及阻尼条涡流等多种因素影响,对840MVA水轮发电机空载电压波形及谐波进行了有限元计算和真机试验,并将计算结果与解析法和试验结果进行了比较,结果表明,本文的计算结果更为精确,该方法对大型水轮发电机空载电压波形及谐波的精确计算具有重要价值。     

大型水轮发电机空载电压波形及谐波的有限元计算

介绍了大型水轮发电机空载电压波形的有限元计算方法.运用二维运动电磁场时步有限元模型与电路耦合模型,考虑铁芯饱和、转子旋转、阻尼绕组端环及阻尼条涡流等多种因素综合影响,对1台840MVA水轮发电机空载电压波形及谐波进行了有限元计算,并将计算结果与解析法和试验结果进行了比较,结果表明,本文的计算结果更为精确.该方法对大型水轮发电机空载电压波形及谐波的精确计算具有重要价值.     

采用不对称磁极优化水轮发电机空载电压波形

改善空载电压波形是发电机优化设计、保证电能质量的重要问题。采用极靴偏心与阻尼条偏心等不对称磁极结构设计方案，对一台45 MW的大型水轮发电机空载电压波形进行优化设计，并利用二维运动电磁场场路耦合时步有限元模型，进行分析与计算。结果表明，合理偏移极靴和阻尼条位置，可以明显削弱齿谐波，改善气隙磁场分布和空载电压波形。计算结果与实测数据相吻合。研究成果已在3个电站的大型水轮发电机上得到工程实际应用。     

大型水轮发电机不同工况下不平衡磁拉力

本文根据大型水轮发电机定子转子铁心及其绕组实际结构并考虑铁心饱和的情况下，在整圆域中利用二维有限元法计算磁场分布及不平衡磁拉力。以一台88极240MW水轮发电机为例，对空载和负载下转子偏心以及转子半数励磁绕组短路等引起的不平衡磁拉力进行了计算，并对转子偏心度及励磁电流对不平衡磁拉力的影响进行了分析。     

大型贯流式水轮发电机定子齿谐波电势削弱新技术

改善空载电压波形是发电机优化设计、保证电能质量的重要问题。该文采用极靴偏心与阻尼条偏心等不对称磁极结构设计方案,对1台75MW的大型贯流式水轮发电机空载电压波形进行了优化设计,并利用二维运动电磁场场路耦合时步有限元模型,进行了分析与计算。结果表明,合理偏移极靴和阻尼条位置,可以明显削弱齿谐波,改善气隙磁场分布和空载电压波形。     

基于空载曲线反向计算的水轮发电机绕组匝间短路故障诊断方法

水轮发电机中的转子绕组匝间短路在生产安全和经济方面一直困扰着水电厂。目前,水轮发电机匝间短路的故障识别多采用离线检测方法。为了解决这个问题,本文提出了基于电机基本电磁理论和反向空载曲线的诊断方法。该方法不受电机运行状态影响,通过原有电气量参数读取,如有功功率,无功功率,电压和电流,建立饱和矢量模型。利用模型计算的中间变量和空载特性曲线之间的关系来计算励磁电流的理论值。通过比较励磁电流理论值与测量值之间的差异来识别转子匝间短路故障情况。最后,采用水电站实际发电机及仿真电机验证该方法的正确性。     

贯流式水轮发电机空载电压波形畸变与阻尼条损耗发热抑制

为改善水轮发电机电能质量,预防阻尼绕组过热,保证机组与电网运行安全,基于电机电磁场、电路及传热学理论,建立了水轮发电机三维分层非线性时变运动电磁场-电路结合模型与磁极系统三维稳态温度场模型。进而针对一台q=1的36 MW贯流式机组的128种结构设计方案,通过电磁场-温度场综合计算,广泛深入地分析了定转子槽距比、定子斜槽程度以及每极阻尼条根数等结构参数对空载电压波形畸变率和额定工况阻尼绕组损耗发热的影响,在此基础上,讨论了同时抑制空载电压波形畸变率与阻尼绕组损耗发热的设计措施。计算结果与实测数据相吻合。     

水轮发电机气隙不均匀对磁场强度及转子磁极应力变化的影响分析

定子内腔和转子外圆气隙不均匀是大型水轮发电机组的主要振源之一。在定子和转子间产生的不均衡磁拉力,对转子和定子形成转频激扰力。为探讨气隙不均匀与磁场强度及电磁应力之间关系,依据发电机的实际结构,考虑铁心饱和的情况,以局部电磁力计算方法中的局部麦克斯韦应力法和虚位移法为基础,结合有限元软件电磁模块分析工具,对水轮发电机转子对中及偏心的6种工况进行发电机内部整体气隙磁场磁感强度及转子表面应力分析,研究水轮发电机气隙变化对转子磁极应力的影响。     

贯流式水轮发电机转子的电磁场和温度场计算分析

针对大型贯流式水轮发电机转子损耗发热难以全面监测的问题,建立了发电机二维场路耦合时步有限元模型和转子三维温度场有限元模型,考虑了电磁场时变、运动、非线性等因素对损耗的影响以及转子铁心各向异性导热性能和磁极迎风面、背风面散热性能差异对发热的影响。在此基础上,以1台36MW贯流式水轮发电机为例,对其额定对称工况的转子损耗和温度分布规律进行了综合计算分析,并与实测数据进行了比较。结果表明,本文计算精度较高,其研究工作对探讨大型贯流式水轮发电机转子的损耗发热规律、提高其过热监测与保护水平具有参考价值。     

贯流式水轮发电机转子的电磁场和温度场计算分析

针对大型贯流式水轮发电机转子损耗发热难以全面监测的问题,建立了发电机二维场路耦合时步有限元模型和转子三维温度场有限元模型,考虑了电磁场时变、运动、非线性等因素对损耗的影响以及转子铁心各向异性导热性能和磁极迎风面、背风面散热性能差异对发热的影响.在此基础上,以1台36MW 贯流式水轮发电机为例,对其额定对称工况的转子损耗和温度分布规律进行了综合计算分析,并与实测数据进行了比较.结果表明,本文计算精度较高,其研究工作对探讨大型贯流式水轮发电机转子的损耗发热规律、提高其过热监测与保护水平,具有参考价值.     

同步发电机非线性电阻灭磁仿真研究

同步发电机通常采用非线性电阻灭磁方式,建立了非线性电阻（包括碳化硅和氧化锌）灭磁的Matlab仿真模型。其中考虑了空载特性的非线性和转子阻尼绕组的效应。通过对某水电站的667 MW水轮发电机进行灭磁仿真,最终得出了磁场电流、电压、d轴阻尼绕组电流的变化情况,以及非线性电阻等各部分吸收的磁能和灭磁时间,从而更真实直观地展示了非线性电阻灭磁过程。     

利用发电机空载特性曲线的不平衡磁拉力分析方法

不平衡磁拉力是影响水轮发电机组轴系动力特性最重要的因素之一。为了更准确地分析轴系动力特性,本文提出一种利用发电机空载特性曲线计算不平衡磁拉力的分析方法。利用发电机空载特性曲线,通过磁路计算及多项式拟合获取气隙磁密、气隙厚度及励磁电流的关系方程,计算考虑了励磁电流及饱和效应影响的不平衡磁拉力。以葛洲坝水轮发电机为实例,分析在考虑饱和效应时,不平衡磁拉力随定转子偏心及励磁电流的变化规律。通过与已有不平衡磁拉力分析方法的对比,验证了该方法的有效性。     

水轮发电机空载灭磁仿真研究

对水轮发电机空载误强励时磁场灭磁进行了仿真计算。针对用线性电阻、非线性电阻（包括氧化锌和碳化硅）灭磁，建立了不同的数学模型，并考虑了发电机空载特性的非线性，将空载特性用分析表达式近似表示，最后利用了MATLAB的Simulink工具。通过对三峡 700 MW水轮发电机的实例仿真，得出了灭磁过程中励磁电压、励磁电流的变化曲线，以及非线性电阻在灭磁过程中吸收的磁场能量和灭磁时间，并对比了在相同灭磁反压下用线性灭磁电阻的灭磁效果，为在已知发电机有关参数下设计和选取非线性灭磁电阻提供了依据。     

带直联主变压器的水轮发电机磁能估算

提出了一种带直联主变压器的水轮发电机磁场能量的估算方法，给出了发电机—主变压器组联合空载特性的概念，并利用发电机空载特性的分析表达式和主变压器空载磁化曲线的折线表达式进行了Simulink仿真。最后，针对三峡700MW水轮发电机组进行了带直联主变压器的水轮发电机磁场能量估算。     

带直联主变的自并励水轮发电机灭磁仿真

本文介绍了一种带直联主变压器(以下简称主变)的自并励水轮发电机的灭磁仿真结果,为考虑发电机空载特性和主变磁化特性的非线性,利用了发电机空载特性的分析表达式,主变空载磁化曲线的折线表达式,做了发电机-主变组空载误强励、空载下在主变高压侧发生三相短路时和因线路充电引起过电压下灭磁的Simulink仿真.以三峡700MW水轮发电机组的参数为例,给出了有参考价值的结果.     

大型水轮发电机灭磁能容量仿真研究

对大型水轮发电机空载误强励及机端短路的灭磁行为进行了动态仿真计算,针对非线性电阻灭磁情况,采用发电机六阶数学模型,综合考虑发电机阻尼绕组及磁场绕组的饱和,建立发电机空载及短路时动态微分方程组,并利用电力系统动态仿真计算程序,对典型700 MW水轮发电机空载误强励及发电机机端短路灭磁的实例仿真,得出了灭磁过程中磁场电流、...     

关于取得可控硅励磁装备电源的新途径

本文综合研究了目前全国中小型水电站水轮发电机所使用的可控硅励磁装置。它都是采用发电机组以外的外部电源作为起励电源。其缺点是:当失去外部电源时,发电机就无法建立空载电压。据此本文提出:只要在原装置接线的基础上稍加改进,利用发电机转子磁极的剩磁或本机永磁机电源作为起励电源,当机组接近额定转速,它就能自激起励建立空载电压,完满地解决这一矛盾。此外,除了论证它的合理性外还以必要的试验为依据,证明它是可以实现的。     

大型贯流式水轮发电机阻尼绕组损耗与发热

为了深入研究大型贯流式水轮发电机阻尼绕组的损耗和发热规律,建立了发电机二维电磁场和转子三维温度场有限元模型,考虑了电磁场时变、运动、非线性等因素对损耗的影响以及转子铁芯各向异性导热性能和磁极迎风面、背风面散热性能差异对发热的影响.在此基础上,以东方电机股份有限公司生产的36 MW贯流式水轮发电机为例,针对不同工况、结构...     

贯流式水轮发电机空载电压波形优化与阻尼条发热抑制

改善空载电压波形、降低阻尼条损耗发热是优化电能质量、保障发电机与电网运行稳定性的重要问题。为此,采用调节阻尼绕组节距与定子斜槽措施相结合的设计方案,对1台30MW的大型贯流式水轮发电机空载电压波形和额定负载工况的阻尼条损耗发热进行了优化设计,并利用多层运动电磁场场路耦合时步有限元模型和三维温度场有限元模型进行了分析与计算。结果表明,在合理增大阻尼绕组节距的基础上,结合斜槽措施,既能明显地优化空载电压波形,又能有效地防止阻尼条过热故障的发生。计算结果与实测数据相符合。该研究结果对提高发电机的设计水平并改善发电机与电网的运行稳定性具有参考价值。     

同步发电机故障灭磁研究

本文对同步发电机在故障下的三类常用的灭磁方式进行了研究,它计及了转子阻尼绕组的效应,利用了同步发电机在d,q轴的park方程,特别是利用分析表达式表示同步发电机的空载特性,从而计及其饱和的影响,在用Simulink仿真中利用了积分器解联立微分方程组的方法,对三峡700MW水轮发电机空载误强励,作了三类灭磁方式的仿真,得到了予期的结果。