大型半速汽轮发电机不对称短路及其负序分量的研究

摘要

同步电机外部不对称短路包括单相短路、相间短路、两相接地短路三种情况。同步电机发生不对称短路故障后，电机内部除正序电流外，还有负序、零序电流，除基波外，还有一系列的高次谐波。负序电流所产生的反向旋转磁场，可在励磁绕组、阻尼绕组和汽轮发电机的实心转子内感生两倍频的感应电流，引起铜耗和铁耗，造成转子过热，运行效率低下。因此，对同步发电机不对称短路故障的研究具有重要的意义。
　　本文以1250MW核用半速汽轮发电机为例，首先建立发电机二维瞬态时步有限元模型，并对额定运行工况进行仿真计算，计算之后再与设计值进行比对，以验证所建模型的正确性。
　　其次在所建模型的基础上，进行外部不对称短路故障仿真。通过搭建外电路，分析研究发电机在空载状况下发生单相短路、两相接地短路以及相间短路故障时发电机内部电磁场的变化情况，得出发电机励磁电流、电枢电流、电磁转矩等的变化规律；运用傅里叶变换，分析短路故障下由负序分量所引起的气隙磁场谐波问题。此外还运用解析法，对三种不对称短路故障进行解析计算，并与有限元法计算结果进行对比分析。
　　然后利用电压变量法，对不对称短路电流瞬态负序分量进行定量计算。电压变量法是一种能够以实数来确定正负序分量的方法，确定各序分量之后，转子感应电流中的各序成分便能确定，并能获得转子出现最大感应电流时各序电流成分之比的表达式，对研究负序对电机的影响具有一定的现实意义。
　　最后分析负序分量对转子本体、槽楔以及阻尼绕组的影响。利用有限元模型，仿真计算在单相短路、两相接地短路以及相间短路等不对称运行故障下转子大小齿、阻尼条内的涡电流及其损耗分布；然后针对不同槽楔材料，分析对比在同一种不对称运行故障下，不同槽楔材料对转子以及阻尼条涡流损耗的影响，找出相应的变化规律。

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第1章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3课题来源及主要研究内容

第2章 负序分量理论基础及有限元模型的建立

2.1引言

2.2对称分量法

2.3负序磁势分析

2.4场-路耦合时步有限元模型的建立

2.5本章小结

第3章 核用半速汽轮发电机不对称短路时的研究

3.1引言

3.2发电机机端不对称短路

3.3不对称短路解析法

3.4计算结果分析

3.5本章小结

第4章 不对称短路时定子电流瞬态负序分量的研究

4.1引言

4.2电压变量法

4.3应用电压变量法分析不对称短路电流中的瞬态负序分量

4.4应用电压变量法对1250MW发电机不对称短路进行分析

4.5本章小结

第5章 核用半速汽轮发电机不对称短路时涡流损耗的研究

5.1引言

5.2建立1250MW核用汽轮发电机有限元模型

5.3计算结果分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢