试探大型汽轮发电机负序电流的分析和计算

白伟

（神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西榆林 719000）

试探大型汽轮发电机负序电流的分析和计算

白伟

（神华陕西国华锦界能源有限责任公司，陕西榆林 719000）

大型的汽轮发电机在整个电机制造行业中具有代表性的地位，通过对容量较大的汽轮机在不对称的状况下，进行负序电流的计算与分析，在以前传统的计算方法上加以改进，同时通过实际验证，证明这种方法在实际的计算过程中是非常具有实用性的，文章中对大型汽轮发电机的维护和保养方案的设计给出了相关的理论建议。

汽轮发电机 负序电流 分析

根据相关资料研究表明，1000兆瓦以上的大容量发电机组要比500兆瓦以下的发电机组在制造成本上要节省35%的资金。当发电机组在不对称的情况下进行工作时，定子进行环绕时会产生一定的负序电流，并且形成负序电流旋转的磁场，而整个转子组和转子的表面同时会感应到频率的谐波分量，造成发电机组中转子的严重烧伤。因此，发电机组在不对称的状况下会对负序电流造成一定的影响。

1 汽轮发电机的负序电流的形成与危害

（1）发电机进行正常工作时，在电枢绕组的过程中只有正序电流的存在，而不存在负序电流。大概在发电机或电机的输电线路产生故障致使它们之间的运行发生不对称时，就会产生一定的负序电流。发电机所承受的不对称运行能力，取决于它的不对称程度和电流所产生的分量。它的不对称程度可以通过发电机的不对称电流和相序组进行求出。（2）当发电机的负序电流增大到一定的数量值时，转子受到感应后电流受热所产生的损耗也会相应的增加。同时，对转子的机械强度以及它的磁场绕组都会产生一定的影响，并伴有一定的危害性。当发电机组产生单相或两相电流在运行状态下产生不对称时，电枢电流在流过负序电流的同时也会产生一定的负序电流，负序电流所产生的磁场相当于发电机转子以两倍的反方向旋转速度进行旋转。同时，在其所产生的损耗会对发电机表面和磁场绕组等部位产生一定的损伤。（3）在转子当中由于负序电流对涡流所产生的损害，其损伤的程度会加剧转子产生更多热量，严重的情况下会对转子造成损毁，发生故障时，其不对称程度如果过于高的话，负序电流会随之增大，产生较大的危害。一般常用b=I2II1对电流的不对称程度进行表示。其中转子当中各个结构的关键部位与发热量及时间成正比关系。

2 瞬态负序电流的分析方法与计算

（1）对称形式的分量法是通过传统方法对电力系统进行分析计算的方法，它将三相的不对称电流分解为正序和负序以及零序的分量，并将其中的作用进行相互的叠加，从而避免不对称计算方法所带来的麻烦，对称的分量法只适合于线性系统。发生短路的时候，将系统中三相电流所产生的磁场放入到计算公式当中。在负序的计算公式中将转子的非周期性分量带入到计算当中，从而产生瞬态的负序分量，改进计算方法后。当发电机处于不对称的运行状态时，其中三相的不对称电流IA、IB、IC，可以运用对称分量将他们分解成为对称分量的关系。（2）以大型的汽轮发电机为例，对它的负序分量计算方法进行分析，当发电机处于运行过程时，在其相位角α0=0°，产生对称性的三相短路。其中把A相电流的最后一项作为短路电流的非周期性分量。定子的三相电流绕组在空间内的分布差值为120°/p，P为极对的数值，由于电机的极数数值为4，并且三相电流的分量在空间结构中进行排序时，其差值为60°。因此，定子的绕组在空间内会合成磁场。三相合成的非周期性分量ir的值与短路的初始位置，当α0=0°和180°时ir最大，α0 =90°和270°最小。所以这里用非周期性分量电流和时间的积分来表示电流的负序。所以，定子电流在转子的表面产生的磨损与频率成正比。（3）在负序电流的同频率下用频率的系数，合成非周期性分量产生等效负序。一般用时间t来计算瞬态的负序量，当非周期性分量产生的等效负序与短路产生一定的关系时，发电机的瞬态负序中除了由定子负序电流在转子上产生的损害，这时也应该考虑到由非周期性电流所产生的损耗。

3 负序运行能力计算实例

（1）按照发电机的设计原理，当其能承受A=5s的瞬态负序量时，其负序电流在转子上所产生的损耗与短路的初始角无关，而非周期性的分量所产生的损耗A2在α0=0°达到最大值，其中α0=90°时A2为0。如果三相电流在对称的情况下，就不会产生负序电流，所以，经过计算可知，在最坏情况下时，非周期性的分量在转子上的损耗A2在t=1s左右时达到最大值。（2）由计算结果分析可知，当α0=0°～90°的范围内时，非周期性的分量对瞬态的负序计算能力逐渐变小，在α0=0°时损害程度最大。当α0=90°时，这时瞬态负序都是由负序电流产生的，当瞬态负序A=4s时，可得t的值。当短路的初始角α0分别等于不同值时计算出t的值。如果运用传统的方法对瞬态负序电流进行计算时，只计算它的负序电流值可得t的值，运用公式计算出t值的范围。这样也能合理的表示瞬态负序量有时不能够更好地表示实际的损耗程度。（3）以一台200兆瓦的汽轮发电机为例，对发电机的负序运行能力进行计算分析。采用有限元的方法计算转子表面涡流的损耗程度，由于负序磁场在转子表面透入的深度较小，针对这一点，采用表面阻抗的方法来进行处理。考虑到转子结构的特点，可取横向槽区之间的部分和其中一个转子表面作计算。为了避免此问题，可以将横向槽折转成90°，使侧面与转子保持在同一平面内，把矢量单位t当做分析变量，用有限元的方法进行计算，可得出涡流的损耗分布。以负序涡流场求得的负序损耗作为热源，根据传热的原理可计算出转子温度的分布情况。为了简单化，假设转子的轴向较均匀，可知考虑转子的横截面积和齿轮区域的结构状况，只需计算出齿轮区域即可。

4 结语

通过对汽轮发电机负序电流形成的原因进行分析，根据瞬态负序电流的含义，其表示的转子发热的特征，研究了在短路时三相电流非周期性分量所形成的合成磁场，重新改进了瞬态负序电流的计算公式。对大型汽轮发电机，进行了分析计算其合成分量对负序电流的影响，改进了以往传统的计算缺点，从而为大型汽轮发电机的准确计算提供了一定的有效依据。

［1］张琦雪，冯桂青，陈俊，严伟，沈全荣.汽轮发电机定子绕组缺线圈运行时的负序过负荷保护分析［J］.电力自动化设备，2014（34）：168-172.

［2］朱跃杰，赵伟，刘明慧.大型汽轮发电机负序电流的危害与计算方法分析［J］.上海电气技术，2012（5）.