白偉

（神華陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西榆林 719000）

試探大型汽輪發(fā)電機負序電流的分析和計算

白偉

（神華陜西國華錦界能源有限責(zé)任公司，陜西榆林 719000）

大型的汽輪發(fā)電機在整個電機制造行業(yè)中具有代表性的地位，通過對容量較大的汽輪機在不對稱的狀況下，進行負序電流的計算與分析，在以前傳統(tǒng)的計算方法上加以改進，同時通過實際驗證，證明這種方法在實際的計算過程中是非常具有實用性的，文章中對大型汽輪發(fā)電機的維護和保養(yǎng)方案的設(shè)計給出了相關(guān)的理論建議。

汽輪發(fā)電機 負序電流 分析

根據(jù)相關(guān)資料研究表明，1000兆瓦以上的大容量發(fā)電機組要比500兆瓦以下的發(fā)電機組在制造成本上要節(jié)省35%的資金。當(dāng)發(fā)電機組在不對稱的情況下進行工作時，定子進行環(huán)繞時會產(chǎn)生一定的負序電流，并且形成負序電流旋轉(zhuǎn)的磁場，而整個轉(zhuǎn)子組和轉(zhuǎn)子的表面同時會感應(yīng)到頻率的諧波分量，造成發(fā)電機組中轉(zhuǎn)子的嚴重?zé)齻?。因此，發(fā)電機組在不對稱的狀況下會對負序電流造成一定的影響。

1 汽輪發(fā)電機的負序電流的形成與危害

（1）發(fā)電機進行正常工作時，在電樞繞組的過程中只有正序電流的存在，而不存在負序電流。大概在發(fā)電機或電機的輸電線路產(chǎn)生故障致使它們之間的運行發(fā)生不對稱時，就會產(chǎn)生一定的負序電流。發(fā)電機所承受的不對稱運行能力，取決于它的不對稱程度和電流所產(chǎn)生的分量。它的不對稱程度可以通過發(fā)電機的不對稱電流和相序組進行求出。（2）當(dāng)發(fā)電機的負序電流增大到一定的數(shù)量值時，轉(zhuǎn)子受到感應(yīng)后電流受熱所產(chǎn)生的損耗也會相應(yīng)的增加。同時，對轉(zhuǎn)子的機械強度以及它的磁場繞組都會產(chǎn)生一定的影響，并伴有一定的危害性。當(dāng)發(fā)電機組產(chǎn)生單相或兩相電流在運行狀態(tài)下產(chǎn)生不對稱時，電樞電流在流過負序電流的同時也會產(chǎn)生一定的負序電流，負序電流所產(chǎn)生的磁場相當(dāng)于發(fā)電機轉(zhuǎn)子以兩倍的反方向旋轉(zhuǎn)速度進行旋轉(zhuǎn)。同時，在其所產(chǎn)生的損耗會對發(fā)電機表面和磁場繞組等部位產(chǎn)生一定的損傷。（3）在轉(zhuǎn)子當(dāng)中由于負序電流對渦流所產(chǎn)生的損害，其損傷的程度會加劇轉(zhuǎn)子產(chǎn)生更多熱量，嚴重的情況下會對轉(zhuǎn)子造成損毀，發(fā)生故障時，其不對稱程度如果過于高的話，負序電流會隨之增大，產(chǎn)生較大的危害。一般常用b=I2II1對電流的不對稱程度進行表示。其中轉(zhuǎn)子當(dāng)中各個結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位與發(fā)熱量及時間成正比關(guān)系。

2 瞬態(tài)負序電流的分析方法與計算

（1）對稱形式的分量法是通過傳統(tǒng)方法對電力系統(tǒng)進行分析計算的方法，它將三相的不對稱電流分解為正序和負序以及零序的分量，并將其中的作用進行相互的疊加，從而避免不對稱計算方法所帶來的麻煩，對稱的分量法只適合于線性系統(tǒng)。發(fā)生短路的時候，將系統(tǒng)中三相電流所產(chǎn)生的磁場放入到計算公式當(dāng)中。在負序的計算公式中將轉(zhuǎn)子的非周期性分量帶入到計算當(dāng)中，從而產(chǎn)生瞬態(tài)的負序分量，改進計算方法后。當(dāng)發(fā)電機處于不對稱的運行狀態(tài)時，其中三相的不對稱電流IA、IB、IC，可以運用對稱分量將他們分解成為對稱分量的關(guān)系。（2）以大型的汽輪發(fā)電機為例，對它的負序分量計算方法進行分析，當(dāng)發(fā)電機處于運行過程時，在其相位角α0=0°，產(chǎn)生對稱性的三相短路。其中把A相電流的最后一項作為短路電流的非周期性分量。定子的三相電流繞組在空間內(nèi)的分布差值為120°/p，P為極對的數(shù)值，由于電機的極數(shù)數(shù)值為4，并且三相電流的分量在空間結(jié)構(gòu)中進行排序時，其差值為60°。因此，定子的繞組在空間內(nèi)會合成磁場。三相合成的非周期性分量ir的值與短路的初始位置，當(dāng)α0=0°和180°時ir最大，α0 =90°和270°最小。所以這里用非周期性分量電流和時間的積分來表示電流的負序。所以，定子電流在轉(zhuǎn)子的表面產(chǎn)生的磨損與頻率成正比。（3）在負序電流的同頻率下用頻率的系數(shù)，合成非周期性分量產(chǎn)生等效負序。一般用時間t來計算瞬態(tài)的負序量，當(dāng)非周期性分量產(chǎn)生的等效負序與短路產(chǎn)生一定的關(guān)系時，發(fā)電機的瞬態(tài)負序中除了由定子負序電流在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的損害，這時也應(yīng)該考慮到由非周期性電流所產(chǎn)生的損耗。

3 負序運行能力計算實例

（1）按照發(fā)電機的設(shè)計原理，當(dāng)其能承受A=5s的瞬態(tài)負序量時，其負序電流在轉(zhuǎn)子上所產(chǎn)生的損耗與短路的初始角無關(guān)，而非周期性的分量所產(chǎn)生的損耗A2在α0=0°達到最大值，其中α0=90°時A2為0。如果三相電流在對稱的情況下，就不會產(chǎn)生負序電流，所以，經(jīng)過計算可知，在最壞情況下時，非周期性的分量在轉(zhuǎn)子上的損耗A2在t=1s左右時達到最大值。（2）由計算結(jié)果分析可知，當(dāng)α0=0°～90°的范圍內(nèi)時，非周期性的分量對瞬態(tài)的負序計算能力逐漸變小，在α0=0°時損害程度最大。當(dāng)α0=90°時，這時瞬態(tài)負序都是由負序電流產(chǎn)生的，當(dāng)瞬態(tài)負序A=4s時，可得t的值。當(dāng)短路的初始角α0分別等于不同值時計算出t的值。如果運用傳統(tǒng)的方法對瞬態(tài)負序電流進行計算時，只計算它的負序電流值可得t的值，運用公式計算出t值的范圍。這樣也能合理的表示瞬態(tài)負序量有時不能夠更好地表示實際的損耗程度。（3）以一臺200兆瓦的汽輪發(fā)電機為例，對發(fā)電機的負序運行能力進行計算分析。采用有限元的方法計算轉(zhuǎn)子表面渦流的損耗程度，由于負序磁場在轉(zhuǎn)子表面透入的深度較小，針對這一點，采用表面阻抗的方法來進行處理。考慮到轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的特點，可取橫向槽區(qū)之間的部分和其中一個轉(zhuǎn)子表面作計算。為了避免此問題，可以將橫向槽折轉(zhuǎn)成90°，使側(cè)面與轉(zhuǎn)子保持在同一平面內(nèi)，把矢量單位t當(dāng)做分析變量，用有限元的方法進行計算，可得出渦流的損耗分布。以負序渦流場求得的負序損耗作為熱源，根據(jù)傳熱的原理可計算出轉(zhuǎn)子溫度的分布情況。為了簡單化，假設(shè)轉(zhuǎn)子的軸向較均勻，可知考慮轉(zhuǎn)子的橫截面積和齒輪區(qū)域的結(jié)構(gòu)狀況，只需計算出齒輪區(qū)域即可。

4 結(jié)語

通過對汽輪發(fā)電機負序電流形成的原因進行分析，根據(jù)瞬態(tài)負序電流的含義，其表示的轉(zhuǎn)子發(fā)熱的特征，研究了在短路時三相電流非周期性分量所形成的合成磁場，重新改進了瞬態(tài)負序電流的計算公式。對大型汽輪發(fā)電機，進行了分析計算其合成分量對負序電流的影響，改進了以往傳統(tǒng)的計算缺點，從而為大型汽輪發(fā)電機的準確計算提供了一定的有效依據(jù)。

［1］張琦雪，馮桂青，陳俊，嚴偉，沈全榮.汽輪發(fā)電機定子繞組缺線圈運行時的負序過負荷保護分析［J］.電力自動化設(shè)備，2014（34）：168-172.

［2］朱躍杰，趙偉，劉明慧.大型汽輪發(fā)電機負序電流的危害與計算方法分析［J］.上海電氣技術(shù)，2012（5）.