抽水蓄能电站背靠背起动问题的研究

抽水蓄能电站背靠背起动问题的研究ΣτυδψοντηεΒαχκ το ΒαχκΣταρτινγοφΣψνχηρονουσΜοτορσινΠυμπεδ ΣτοραγεΠοωερΣτατιονσ高金玲林宪枢华北电力大学÷ ∏≤ ∞ ° √摘要背靠背起动是指抽水蓄能电站的同步电动机直接由同步发电机供电起动∀本文详细推导出了新的背靠背起动的数学模型 其中考虑了发电机和电动机两机的容量比!励磁电流!初始相位角和水轮机导叶开度及导叶开起速度对背靠背起动的影响 在此基础上编制了背靠背起动过程的通用计算机仿真软件 给出了仿真计算结果∀关键词蓄能电站背靠背数学模型仿真Αβστραχτ× ∏ ∏ ∏ 2 ∏ √ ≥ ∏ 2 ∏ ∏ ∏ ∏ ∏ ∏ √ ≥ ∏ ∏ √ √Κεψωορδσ ∏ ∏引言随着国民经济的飞速发展 电网容量越来越大 解决电网调峰填谷容量已成为当前电力生产中的紧迫问题 开发大型抽水蓄能电站是解决这一问题的有效途径∀此外 抽水蓄能电站还具有调相!调频!紧急备用等多种功能 是保证大机组带基本稳定负荷和安全可靠经济运行的有效措施∀抽水蓄能电机在电动机运行方式时 要解决同步电动机起动问题 其中主要有变频器起动 小电动机起动 背靠背起动等∀各种起动方式各有其优缺点 背靠背起动的最突出优点是 当电网发生故障时 变频器与小电动机起动方式已不可能 唯有背靠背起动可以采用 因为它与电网无关∀背靠背起动是由水轮机带动同步发电机发电 在这个过程中 发电机发出的电能直接供给同步电动机起动 当发电机与电动机能够同步稳定加速时 则起动成功 否则背靠背起动失败∀背靠背起动成功与否所涉及的因素甚多 本文详细推导了背靠背起动过程的数学模型 其中考虑了发电机和电动机两机的容量比!励磁电流!初始相位角和水轮机导叶开度及导叶开起速度对背靠背起动的影响 在此基础上编制了背靠背起动过程的通用计算机仿真软件 计算起动过程中两机的定子电流!转子角速度!电磁力矩!发电机输入机械转矩!两机间相位角等量 得出了重要的结论∀数学模型1 1同步电机电压与磁链方程由文献≈ ∗ 可得以下同步电机的电压与磁链方程ϖδ=−ραιδ−Ξ7θ+π7δ/Ξ ( )ϖΔ= =−ρΔιΔ−π7Δ/Ξ ( )ϖθ=−ραιθ+Ξ7δ+π7θ/Ξ ( )ϖΘ= =−ρΘιΘ−π7Θ/Ξ ( )7δ=−Λδιδ+ΛΑΔιΦ+ΛΑΔιΔ( )7Φ=−ΛΑΔιΦ+ΛΦιΦ+ΛΑΔιΔ( )空冷汽轮发电机的通风系统设计 λ7Δ=−ΛΑΔιδ+ΛΑΔιΦ+ΛΔιΔ( )7θ=−Λθιθ+ΛΑΘιΘ( )7Θ=−ΛΑΘιθ+ΛΘιΘ( )Εχθ=(ΛΑΔ/ΛΦ)7Φ( )πΕχθ=(ΕΦΔ−ΛΑΔιΦ)/Τδ χ( )以上式子中,下标δ!θ分别表示定子δ!θ轴,Δ!Θ分别表示Δ轴!Θ轴阻尼绕组∀1.2同步发电机状态方程将式( )∗( )代入式( )!( )得式( )!( ),代入式( )!( )得式( )!( ),将式( )∗( )!( )代入式( )并计及饱和的影响得式( ),经整理得同步发电机状态方程,上标γ表示发电机∀π7γΔ=Γ (Γ Γ +Γ )7γΔ−Γ Γ 7γΔ+(Γ Γ −Γ)Εχγθυλ( )π7γΘ=Γ Γ ( +ΛγΑΘΓ )7γΘ−Γ Γ ΛγΑΘ7γθον/7γΘ( )7γδ=Ξ ργαΓ 7γΔ−ργαΓ 7γδ+Ξγ7γθ+ργαΓ Εχγθ+ϖγδ动的( )π7γθ=Ξ ργαΓ 7γΘ−Ξγ7γδ−ργαΓ 7γθ+ϖγθ的容( )πΕχγθ=ΕγΦΔ−Γ Γ ( −Γ )−Γ 量7γΔ+Γ Γ ( −Γ )7γδ/Τχγδ−( +Σγ+Γ Γ −Γ Γ Γ +Γ Γ )Εχγθ/Τχγδ ( )式中Γ =ΛγΦλΔδλγδΔΡγ+ΛγΑΔλγΦλγΔΓ =ΛγΦλγΑΔλγδΔΡγ+ΛγΑΔλγΦλγΔΓ =ΔΡγλγδΔΡγ+ΛγΑΔλγΦλγΔΓ =λγΑΔΛγΦΔΡγΓ =ΛγΦΔΡγΓ =(ΛγΑΔ)ΛγΦΓ =ΛγΑΘΔΡ γΓ =ΛγΘΔΡ γΓ =−Ξ ργΔΓ =−Ξ ργΘΔΡγ=ΛγΦλγΔ+ΛγΑΔλγΦΔΡ γ=ΛγθΛγΘ+ΛγΑΘλγΘΣγ)))发电机的饱和系数此外,发电机还有以下转子运动方程式:πΞγ=(ΤΜ−ΤγΕ)/ Ηγ( )πΔ=Ξ Ξγ( )式中ΤΜ)))发电机的输入机械转矩ΤγΕ=−Γ 7γθ7γΔ+Γ 7γδ7γΘ−(Γ −Γ )7γδ7γθ−Γ Εχγθ7γθΔ=Δμ−ΔγΗ)))惯性时间常数,σϖγδ,ϖγθ见式( )!( )∀1.3同步电动机状态方程同样得电动机状态方程,上标μ表示电动机∀π7μΔ=Μ Μ 7μΔ−Μ Εχγθ+Μ ιμδ屯( )π7μΘ=Μ (7μΘ+ΛμΑΘιμθ)/ΛμΔ( )πΕχμθ=ΕμΦΔ+Μ Μ 7μΔ−( +Σμ+Μ Μ )Εχμθ−( −Μ )Μ ιμδ/Τχμδ ( )πΞμ=−(ΤΛ+ΤμΕ)/ Ημ( )πΔ=−Ξ Ξμ( )式中Μ =ΛμΦλμΔΔΡμΜ =λμΦΛμΑΔΔΡμΜ =λμδΔΡμ+λμΦΛμΑΔλμΔΔΡμΜ =ΛμΑΘΛμΘΜ =ΔΡ μΛμΘΜ !Μ !Μ !Μ !Μ !ΔΡ !ΔΡ 与Γ !Γ !Γ !Γ !Γ !ΔΡ !ΔΡ 有相同的形式,只是它们属于电机的常数而已∀式( )中ΤμΕ的表达式为ΤμΕ=Μ ιμθ7μΔ−Μ ιμδ7μΘ+Μ ιμθΕ.γθ+(Μ −Μ )ιμδιμθ式中ΤΛ)))电动机的机械摩擦转矩Σμ)))电动机的饱和系数1.4发电机电流方程ιγδ=Γ Ε.γθ+Γ 7γΔ−Γ 7γδ( )ιγθ=Γ 7γΘ−Γ 7γθ( )1.5电动机电压方程由于同步电动机的πΕχγδ,π7μθ与π7χμθ,π7μΔ,λ 大电机技术π7μΘ,πιμδ,πιμθ有关∀而πΕχγθ,π7μΔ,π7μΘ分别已由式( ),( ),( )决定,而πιμδ,πιμθ由发电机电流决定,即式( )!( )∀于是,得电动机的电压方程如下: ϖμδ=−ρμαιμδ−Ξμ7μθ+π7μδ/Ξ( )ϖμθ=−ρμαιμθ+Ξμ7μδ+π7μθ/Ξ( )1.6 发电机与电动机电压电流转换方程ιμδ+ϕιμθ(=−κ(ιγδ+ϕιγθ)εϕΔ( )ϖγδ+ϕϖμθ=−κ (ϖμδ+ϕϖμθ)ε−ϕΔ (设电动机直接接发电机)( )式中ιγδ,ιγθ由式( ),( )决定,κ=(ΜςΑγ/ΜςΑμ)κ κ =κϖμ/κϖγ由式( )得ιμδ=−κ(ιγδ Δ−ιγθ Δ)( ) ιμθ=−κ(ιγδΔ+ιγθ Δ)( )由式( )得ϖγδ=κ (ϖμδΔ+ϖμθΔ)( ) ϖγθ=κ (ϖμθ Δ−ϖμδ Δ)( )式中ϖμδ,ϖμθ见式( )!( )∀2计算程序框图仿真结果分析两机励磁电流对起动的影响在两机容量比为 而其他参数不变的条件下 当发电机与电动机的励磁电流为 时 起动成功 当两机的励磁电流为 时起动失败∀本文中两机容量比为 时 两机励磁电流最小为 时临界起动成功 两机容量比为 时 两机励磁电流最小为 时临界起动成功∀由此可见在背靠背起动过程中 两台电机的励磁电流必须足够的大 使起动两台电机之间能够传递转矩 这是起动成功至关重要的因素∀水轮机导叶开度对起动的影响在两机容量比为 而其他参数不变的条件下 当水轮机导叶开度 发电机输入机械转矩 为 时 起动成功 当水轮机导叶开度为 时 起动失败∀由此可见 在背靠背起动过程中 水轮机导叶开度要足够的大 以保证无论发电机在静止状态还是高转速状态 发电机输入机械转矩都必须大于发电机的摩擦阻转矩 但是发电机的输入转矩也不能过大以致和电动机脱开而单独加速 故水轮机导叶开度的大小对起动成功与否至关重要∀水轮机导叶开启速度对起动的影响在两机容量比为 而其他参数不变的条件下 当水轮机导叶开启速度为 ! 时 起动均成功∀结果表明一台发电机带动一台电动机起动时 只要两机的励磁电流!导叶开度合适 导叶开启速度对能否成功起动的影响不大∀但是 导叶开启速度不能过小 因为水轮机的推力轴承不允许长时间低速运行 当转速较低时推力轴承中轴瓦上不能形成油膜 干摩擦损坏轴瓦 同时 导叶开启速度也不能过大 因为设备动作是需要时间的 而水轮机导叶开启速度越快 起动电流越大 起动就越趋于不稳定∀总之 在起动时间允许的范围内 选择尽可能慢的导叶开启速度是有利的∀两机间初始相位角对起动的影响在两机容量比为 而其他参数不变的条件下 当发电机与电动机转子间的初始相位角 为和 时起动均成功∀结果表明 一台发电机带动一台电动机起动时 只要两机的励磁电流及导叶开度合适 就可忽视初始相位角对起动的影响∀两机容量比对起动的影响空冷汽轮发电机的通风系统设计λ丰满三期2号机转子磁轭装配新工艺ΤηεΝεωΤεχηνολογψοφτηεΑσσεμβλψφορτηεΡοτορΦιελδΨοκεον ΗψδρογενερατοροφΦενγμανΤηιρδΠροϕεχτ张国民王新洪包凤英哈尔滨电机有限责任公司∏ • ÷ ƒ∞ ≤摘要主要论述了具有圆盘式转子支架的转子磁轭工地施工新工艺 定位基准的确定 工艺参数的合理选择以及提高磁轭铁心质量的措施等∀关键词圆盘式转子磁轭新工艺Αβστραχτ× ∏ 2 ∏ √ ∏Κεψωορδσ前言水轮发电机转子支架采用圆盘式结构 转子磁轭一般为全浮动或半浮动∀转子支架与磁轭用凸键连接 靠切向键传递扭矩 磁轭键的径向预紧力较小 只有传统支臂式支架的二分之一左右 磁轭冲片键槽与本文对于多种不同发电机电动机容量比的情况进行计算∀为了节省篇幅 现仅将 ! 两种容量比同步发电机电动机组 在其他条件不变的情况下 临界励磁电流起动条件对照列于表 中∀由表可见 两机容量比 时 两机励磁电流及导叶开度均需加大 即发电机与电动机的容量比差越大 同步起动越困难∀表1励磁电流导叶开度导叶开启速度初始相位角饱和度Β Β β考虑Β Β β考虑 结论通过以上分析可知 在背靠背起动过程中 两机容量比不能过大 两机励磁电流应足够大 水轮机导叶开度要足够大 一台发电机带动一台电动机起动时 只要两机的励磁电流及导叶开度合适 导叶开起速度对能否成功起动的影响不大 只要两机的励磁电流及导叶开度合适 就可忽视初始相位角对起动的影响∀参考文献∂ ≥ ∏ ∏ ∞高景德 张麟征 电机过渡过程的基本理论及分析方法 科学出版社贺益康 交流电机的计算机仿真 科学出版社收稿日期高金玲生于 年 月∀ 年 月毕业于华北电力学院北京研究生部 硕士 电力系统自动化专业∀讲师∀联系地址 北京市海淀区会城门 号楼室邮政编码λ 大电机技术。