1000MW水轮发电机外部突然短路故障分析

论文摘要

目前,我国电力产业正在迅猛的发展,水轮发电机组的单机容量也越来越大,继三峡电站的700MW水轮发电机安全投运之后,1000MW正在研究与试验阶段,大型水轮发电机的设计和分析存在很多问题。当电机被设计出来后,电机的突然短路故障分析就变得特别重要,本文分别采用有限元软件、基于Simulink仿真两种方法分析研究在空载和额定负载两种工况下1000MW水轮发电机发生外部突然短路的瞬态过程。首先,本文介绍了1000MW水轮发电机的发展前景,以及国内外对外部短路的研究现状,详细分析了研究外部短路故障的意义。其次,1000MW水轮发电机外部突然短路的数学模型是基于电机和电磁场理论建立的,运用有限元法求解二维电磁场。为了准确分析外部短路的情况,将电机内电磁场的有限元计算结合外部电路进行仿真,得出了1000MW水轮发电机在空载和额定负载时发生的外部短路故障的定子电流、电磁转矩的变化规律。并且本文对1000MW水轮发电机发生外部短路故障运行时电机内部的物理过程及其运行方式进行研究,通过基于Simulink仿真,得到定子电流、电磁转矩的变化规律。最后,本文在理论分析的基础上,两种仿真分析进行对比研究,得到外部短路时定子电流及电磁转矩的变化规律基本一致。但是由于所采用的两种分析分析方法初始条件的不同,所以存在差异,但变化规律是相同的。发电机在短路时磁路磁阻发生了变化,电机内突然增加的电流的峰值可达额定短路电流的10倍以上,并随短路时间的延长而不断增加。本文的研究与分析可为1000MW水轮发电机的设计与性能提供参考依据,文中所给出的外部突然短路的仿真,及定子电流与电磁转矩的变化规律对其他电机的设计与性能分析具有十分重要的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 同步发电机外部突然短路现有的研究方法
• 1.2.2 现有的模型与研究方法存在的不足与改进
• 1.3 主要研究内容与方案
• 第2章 1000MW 水轮发电机模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 1000MW 水轮发电机电磁场计算的数学模型
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 计算所用数学模型
• 2.3 基于Simulink 仿真分析的数学模型
• 2.3.1 三相短路的数学模型
• 2.3.2 两相接地短路的数学模型
• 2.3.3 相间短路的数学模型
• 2.3.4 基于Simulink 的仿真模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 1000MW 水轮发电机空载短路的分析与仿真
• 3.1 引言
• 3.2 空载突然三相短路的仿真
• 3.2.1 三相短路的有限元仿真
• 3.2.2 基于Simulink 的三相短路仿真
• 3.3 空载突然两相接地短路的仿真
• 3.3.1 两相接地短路的有限元仿真
• 3.3.2 基于Simulink 两相接地短路的仿真
• 3.4 空载突然相间短路的仿真
• 3.4.1 相间短路的有限元仿真
• 3.4.2 基于Simulink 的相间短路仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 1000MW 水轮发电机负载短路的分析与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 负载突然三相短路的仿真
• 4.2.1 负载三相短路的有限元仿真
• 4.2.2 基于Simulink 的负载三相短路仿真
• 4.3 负载突然两相接地短路的仿真
• 4.3.1 负载两相接地短路的有限元仿真
• 4.3.2 基于Simulink 的负载两相接地短路仿真
• 4.4 负载突然相间短路的仿真
• 4.4.1 负载相间短路的有限元仿真
• 4.4.2 基于Simulink 的负载相间短路仿真
• 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