大型核电汽轮发电机非全相运行转子动态电磁力分析

周洪华

摘要：发电机非全相运行时，定子绕组中会流过负序电流，在转子中产生倍频电流，导致转子某些部位局部高温，烧坏转子，危及机组安全。此外，零序电流会注入电网，危害电网安全运行。随着单台发电机容量的增加，这种危害越来越严重。基于此，本篇文章对大型核电汽轮发电机非全相运行转子动态电磁力进行研究，以供参考。

关键词：大型核电;汽轮发电机;非全相运行;转子动态电磁力

1发电机非全相运行的状态

发电机产生振动。判断发电机定子电流的两个相位相等或大致相等，另一个相位的1/2时，可以判断发电机变压器组开关的两个相位处于关闭状态，一个相位处于断开状态。⑵如果发电机定子电流的两个相位相等或大致相等，而另一个相位为零，则可以认为发电机-变压器组开关的一个相位处于关闭状态，两个相位处于断开状态。行动：如发现发电机未完全运转，禁止打开除鳞开关和关闭汽轮机主阀。发电机-变压器的开关必须在NCS中手动重新打开。如果发生故障，则必须快速将生成器的有效载荷和无功载荷降至零。如果发电机脱敏开关不脱落，汽轮机主阀不关闭，禁止手动断开脱敏开关。发电机定子电流应密切监测，励磁电流应根据仪表指示进行调整，使三相定子电流接近零。立即拉动同一电路中的串联开关，通知分发者通知明峰对面变压器打开开关，使发电机-变压器单元和系统断开;在处理过程中，应密切监测发电机各部分的温度，以确保温度不超过允许值。如果发电机脱敏开关已触发，但汽轮机主阀未关闭，发电机进入异步运行状态，则脱敏开关可关闭以增加励磁电流，使发电机可以再次如果解耦开关未关闭，或者发电机无法同步牵引，则立即打开发电机串联的开关，并通知分发者通知侧风变压器向开关牵引，以便断开发电机-变压器与系统的连接。如果脱敏开关已触发，蒸汽轮机主阀已关闭，立即拉起开发变压器单元串联连接的开关，并通知分配器通知侧明风变压器打开开关，以便断开发电机-变压器与系统的连接。如果交换机本身配置为在2.5秒钟的非全相运行后三相触发（触发非全相），或者断路器故障保护设置为触发相邻的非全相运行开关和变压器另一侧的开关通知维修部门检查处于未打开状态的交换机，并禁止其在正确处理之前投入使用。如果防护措施不起作用或由于其他原因，则开环运行超出了发电机负序电流的允许水平。在重新开始之前必须彻底检查，没有问题，然后经总工程师批准后可以并列。

2场-路-网耦合模型的建立

为了分析发电机在并网时的不完全运行情况，建立了1407MVA涡轮发电机的机场-道路-网络耦合模型。为了更准确地反映并网发电机的操作系统，该模型包括涡轮发电机、励磁和调速系统、电梯变压器以及150公里双回路航空线路连接的无限电网的有限元模型。本文非全相运行是指电梯变压器高压侧断路器一相断开和二相断开条件下发电机不对称运行状态。非全相运行后，负磁力出现在转子转动的相反方向，而正磁力仅出现在正常运行的转子转动方向上。负磁力法使发动机磁场变形，然后影响发动机各部分的电磁力分布。因此，在分析发动机各部分的磁密度时，首先要分析发动机在非开路故障稳定后是否在发电机的瞬态负序能力下工作，分析如下。首先，在并网发电机的额定运行中出现两种非全相故障时，获得定子三相故障电流。然后，从对称分量法获得的故障电流中提取不同时间点的三相不对称电流负序分量。其中，故障电流是通过有限元法计算的，并考虑了非线性因素（如电机磁场饱和）的影响。在此基础上，采用对称分量法提取负序电流分量。最后，根据发电机的瞬态负序能力要求，电机可承受的瞬态负序t的运行时间确定如下公式所示。

∤t0i 22 dt =（i2）2t = a（1），其中I2是瞬态负序电流的标称值;常数a与发电机结构、通风和冷却方式以及马达A =5s有关。本文指出，在并网发电机额定运行中出现两种非全相故障后，电机始终以瞬态负序运行能力运行，因此本文仅分析发动机故障后电机各部分的磁密度分布及其规律。

3非全相运行时动态电磁力计算

3.1非全相运行动态过程计算

若转子直轴与A相绕组轴线重合，汽轮发电机启动后达到平稳运行时，发生变压器高压侧一相断开故障，即电机非全相运行。由场–路–网耦合模型仿真得断路后5个周期内定子三相电流、电磁转矩变化情况如图1所示。由图1（a）可知，非全相运行后定子电流随时间的变化畸变越来越严重，首周期中，定子B相电流严重畸变，最大幅值为67036.1A，是B相正常工作电流幅值的1.40倍，定子A、C电流同樣也发生畸变，电流幅值减小，其幅值为46178.8A，是正常工作时的0.93倍。C相的最大值为47421.9A，其额定电流最大值的0.97倍。图1（b）电磁转矩的第一个周期内最大值为8771456.25N·m，最小值为3685684.50N·m，分别为额定电磁转矩的1.13倍和0.473倍。由此可知，故障后转子所受电击非常大。

3.2转子电磁力波计算

气隙磁场变化是研究电磁力波变化规律的基础，因此，针对非全乡运行的汽轮发电机，进行运用时步有限元模型计算磁场变化是首要工作。非全相运行后，汽轮发电机一个周期内典型时刻转子圆周上气隙磁密波进行谐波分析，得到典型次谐波幅值变化情况如图2所示。

由图2可以看出，断路故障发生后首周期内，1阶齿谐波中变化明显的为基波、5次、23次和25次谐波，它们的磁密幅值都增大。其中，基波磁密幅值最大为1.641T，5次谐波磁密幅值最大为0.105T，23次及25次谐波磁密幅值最大分别为0.0494T与0.0508T，磁密幅值下降的为3次谐波与9次谐波。

结束语

总之，本文主要研究了非三相运行模式下大型核轮发电机的电磁动力动态分布及其规律。对发动机内部电磁场作了合理的假设，采用有限元软件在并网时建立了电磁场有限元模型、发动机网络外部电路和现场有限元模型。

参考文献：

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