宋敏慧，楊華峰，李桂芬，李金香，張春莉，胡　剛

(1． 哈爾濱大電機研究所，黑龍江哈爾濱　150040； 2. 哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

大型汽輪發(fā)電機誤同期并網(wǎng)計算新方法

宋敏慧1，楊華峰2，李桂芬2，李金香2，張春莉2，胡剛2

(1． 哈爾濱大電機研究所，黑龍江哈爾濱150040； 2. 哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

摘要：闡述了常規(guī)的誤同期并網(wǎng)計算方法不適用機組輸送三個變電站，提出了新的計算方法，來計算機組輸送三個變電站的誤同期并網(wǎng)的計算。通過建立大型汽輪發(fā)電機的狀態(tài)方程及仿真模型，利用該模型實現(xiàn)發(fā)電機誤同期并網(wǎng)時的時域仿真和分析，給出電機120°和180°誤同期并網(wǎng)工況下的瞬態(tài)電流和電磁轉矩，給出了電流和電磁轉矩變化曲線和最大值。

關鍵詞：誤同期并網(wǎng)；狀態(tài)方程；電磁轉矩

0引言

誤同期并網(wǎng)對發(fā)電機組造成的沖擊可能比其出口發(fā)生突然短路時還要嚴重。20世紀80年代以后，美、英、德、法、意等國都對機組規(guī)定了應承受120°誤同期并網(wǎng)的能力。當時的電力部也根據(jù)中國實際情況，要求大機組在升壓變壓器阻抗假定為15%，連接系統(tǒng)的短路容量為43 000 MVA時，機組在保證壽命期間應能承受180°誤并列5次，120°誤并列2次，其扭矩不應超過其軸材料極限。聯(lián)軸器、定子鐵心機座及基礎螺栓等應無顯著損壞現(xiàn)象，同時還要求運行部門嚴格限制并列時的誤差角不超過20°。只有滿足并網(wǎng)條件方可并網(wǎng)，但在實際并網(wǎng)過程中，由于同期裝置誤發(fā)合閘脈沖、斷路器合閘時間變化、人員誤操作等原因，很容易出現(xiàn)誤同期并網(wǎng)。因此誤同期并網(wǎng)的分析計算一直是電力系統(tǒng)運行與控制部門都十分關心的問題，制造廠對每臺機組都要進行誤同期并網(wǎng)的分析計算，以保證機組滿足標準要求[1]。

1基本數(shù)據(jù)

計算中涉及到的機組相關數(shù)據(jù)見表1。

發(fā)電機主要數(shù)據(jù)如表1所示，主變壓器及輸電線路基本參數(shù)見表2和表3。

表1　汽輪發(fā)電機主要數(shù)據(jù)表

續(xù)表1

表2　主變壓器基本參數(shù)

表3　輸電線路基本參數(shù)

2數(shù)學模型及研究方法

2.1仿真模型

基于SIMSEN仿真軟件，建立了電廠系統(tǒng)仿真模型，如圖1所示。分別建立了電廠1號機至220 kV 1、2和3變電站及2號機至220 kV變電站4的系統(tǒng)仿真模型，發(fā)電機采用PARK方程模型，并考慮了機械軸系的耦合作用。其中，VS1～VS3：無窮大電網(wǎng)；CB1，CB2和CB31及CB32：開關；LN11- LN31：線路阻抗；T1：主變壓器；SM1：同步發(fā)電機；G1，LPA1，LPB1，LP1，HP1：軸系質量塊；VS1E：勵磁電壓源；GRND1和GRND2：接地阻抗；ILABC和TEM輸出結果模塊。

(a) 1號機至地點1、地點2及地點3 220 kV變電站

(b) 2號機至地點4 500 kV變電站圖1　某電站汽輪發(fā)電機系統(tǒng)仿真模型

2.2研究方法及狀態(tài)方程

2.2.1計算方法

2.2.2狀態(tài)方程

SIMSEN仿真軟件計算發(fā)電機誤同期并網(wǎng)的狀態(tài)方程。在dq0坐標系中同步電機的電壓方程為[2]：

Udq0=Cψdq0+RIdq0

(1)

式中，Udq0為定子、轉子和阻尼繞組的端電壓列矩陣；Idq0為電流列矩陣。

(2)

(3)

R為定子、轉子和阻尼繞組的電阻矩陣：

(4)

C為系數(shù)矩陣：

(5)

ψdq0為磁鏈列矩陣：

ψdq0=XIdq0

(6)

其中

(7)

(8)

轉子運動方程：

(9)

式中，H為機組的慣性時間常數(shù)；θ為轉子位置角；Tm為輸入機械轉矩；Te為電磁轉矩。Te=xqiqid-xdidiq+xadifdiq+xadikdiq-xaqikqid(10)

采用4階龍格-庫塔法進行疊代計算。

3計算結果

圖2～5分別給出了電廠1號機至地點1、地點2和地點3 220 kV變電站和2號機至地點4 500 kV變電站在120°和180°誤同期并網(wǎng)時的ia-t，ib-t,ic-t,Tem-t的曲線，給出了各變量的最大值見表4。

表4　最大值(標么值)

注：電流以額定電流有效值IN為基值，電磁轉矩以額定容量SN對應的轉矩為基值。

圖2　1號機120°誤同期并網(wǎng)瞬態(tài)過程

圖3　2號機120°誤同期并網(wǎng)瞬態(tài)過程

圖4　1號機180°誤同期并網(wǎng)瞬態(tài)過程

圖5　2號機180°誤同期并網(wǎng)瞬態(tài)過程

4結語

通過設計院提供的詳細數(shù)據(jù)，使得我們在計算誤同期并網(wǎng)的計算中有了新的突破，獲得了一種大型汽輪發(fā)電機誤同期并網(wǎng)計算的新方法，經(jīng)過計算得出以下結論：

1) 新方法可以更準確計算多輸電線路的誤同期并網(wǎng)的計算。

2) 從結果數(shù)據(jù)表中可以看出，線路阻抗不同、支路數(shù)不同1號機和2號機參數(shù)相同的情況下計算發(fā)電機誤同期并網(wǎng)電流峰值結果相差不是很大，但電磁轉矩明顯不同。

3) 從結果圖中也可以看出2號機的幅值衰減程度明顯要快于1號機，這說明線路阻抗和支路數(shù)對結果有一定的影響。

4) 從結果數(shù)據(jù)表中電磁轉矩最大值看，120°誤同期并網(wǎng)時比突然時大，而從電流最大值看，120°誤同期并網(wǎng)時比突然短路時大，電流和轉矩大小比機端突然短路故障還大，故當機組發(fā)生誤同期并網(wǎng)故障時，如果是最不利的誤差角，對電機造成的損壞程度，可能不亞于機端突然短路故障。

5) 從計算中可以得出180°誤同期并網(wǎng)電流大于120°誤同期并網(wǎng)。

以上分析結果為提高發(fā)電機的運行性能、優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)，同時為機組某些特殊運行方案可行性及機組的安全穩(wěn)定運行提供了重要依據(jù)，提高了發(fā)電機運行能力。

參考文獻

[1]湯蘊璆，史乃.電機學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]湯蘊璆.交流電機動態(tài)分析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[3]陳文純.電機瞬變過程[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982.

作者簡介：

宋敏慧，1984年生，女，2007年畢業(yè)于哈爾濱理工大學自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)任于哈爾濱電機廠有限責任公司，大電機研究所電機室，從事電機電磁研究工作。