1000MW水轮发电机失磁故障特性分析

论文摘要

我国江河流域分布广阔,水能资源蕴藏丰富,大力发展水电事业可提高电能产量为经济的快速发展提供保障。基于大型水轮发电机失磁故障的频发性,以及产生后果的严重程度,本文提出了研究1000MW水轮发电机失磁故障的重要性。并且从失磁过程中定、转子各电气量的变化规律、失磁稳态异步运行时磁场的变化及气隙磁密的组成等方面对1000MW水轮发电机的失磁故障进行了研究。首先,本文阐述了水轮发电机由失磁到临界失步再到稳定异步运行的过程。分析了转子脉动磁场的形成原因,以及对故障后各电气量的影响方式。并且通过对异步转矩的分解,掌握了失磁故障后机组振荡的根本原因。其次,建立了1000MW水轮发电机数学模型,在此基础上得到了单机-无穷大系统仿真模型。当发电机在不同输入功率的情况下,对其进行了励磁绕组开路、直接短路和经灭磁电阻短路等失磁故障的研究。得到机端电压、电流幅值,无功功率,功角等量的变化规律,并分析了各量变化原因,及失磁故障产生的后果。同时对系统振荡及短路故障进行仿真,得到相同量的变化趋势并将其与失磁故障结果进行对比分析,进而总结出它们的本质区别。最后,根据1000MW水轮发电机尺寸数据建立了相应的二维物理模型。为了便于模拟不同类型的失磁故障,将其励磁绕组添加为外电路并由开关控制。利用该模型计算了水轮发电机额定负载运行,以及不同输入功率下失磁异步运行时的磁场分布及气隙磁密的组成。通过仿真结果间的对比,给出了谐波分量幅值的变化趋势,并分析了气隙磁密畸变程度降低的原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的背景及研究意义
• 1.1.1 研究1000MW 水轮发电机的意义
• 1.1.2 研究水轮发电机失磁故障的意义
• 1.2 本课题的研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 水轮发电机失磁故障定性分析
• 2.1 引言
• 2.2 水轮发电机失磁过渡过程
• 2.3 水轮发电机脉动磁场组成
• 2.4 水轮发电机转矩分析
• 2.4.1 同步转矩
• 2.4.2 异步转矩
• 2.4.3 反应转矩
• 2.5 本章小结
• 第3章 1000MW 水轮发电机失磁故障建模与分析
• 3.1 引言
• 3.2 水轮发电机数学模型
• 3.3 水轮发电机失磁故障数学模型
• 3.3.1 直接短路失磁
• 3.3.2 经灭磁电阻短路失磁
• 3.3.3 开路失磁
• 3.4 水轮发电机失磁故障仿真模型
• 3.5 水轮发电机失磁故障的仿真及结果分析
• 3.5.1 励磁绕组直接短路失磁
• 3.5.2 60%输入功率下励磁绕组直接短路失磁
• 3.5.3 励磁绕组经灭磁电阻短路失磁
• 3.5.4 励磁绕组开路失磁
• 3.5.5 仿真结果的对比分析
• 3.6 系统振荡及短路的仿真
• 3.6.1 系统振荡
• 3.6.2 短路故障
• 3.7 本章小结
• 第4章 1000MW 水轮发电机失磁故障时磁场及气隙磁密的分析
• 4.1 引言
• 4.2 1000MW 水轮发电机场路结合模型
• 4.2.1 有限元数学模型
• 4.2.2 定转子回路方程
• 4.2.3 转子运动方程
• 4.2.4 失磁故障联合仿真模型
• 4.3 额定运行时磁场及气隙磁密分析
• 4.4 失磁故障时磁场及气隙磁密分析
• 4.4.1 直接短路失磁
• 4.4.2 开路失磁
• 4.5 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