抽水蓄能電機(jī)抽水調(diào)相及其轉(zhuǎn)換過渡過程解析

中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司 陜西西安 710061

摘要：本文主要是針對(duì)了抽水蓄能電機(jī)抽水調(diào)相及其轉(zhuǎn)換過度做出了全面的分析研究，并且在這個(gè)基礎(chǔ)之上提出了下文中的一些內(nèi)容，希望能夠給予同行業(yè)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能；電機(jī)抽水；調(diào)相；轉(zhuǎn)換；過度；分析

引言

抽水蓄能電站對(duì)確保電網(wǎng)穩(wěn)定以及改善電網(wǎng)功率因素和安全具有著十分重要的意義。在抽水調(diào)相時(shí)同步電動(dòng)機(jī)在勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)和改變系統(tǒng)功率因數(shù)方面效果十分的客觀。但是和電機(jī)相互連接的參量如果出現(xiàn)沖突，容易引發(fā)電機(jī)損毀的過度過程，雖然是過度時(shí)間比較短，但引發(fā)的后果較為嚴(yán)重。

1.關(guān)于抽水蓄能電機(jī)抽水工況過度過程中的計(jì)算和對(duì)比分析

1.1關(guān)于恒負(fù)載情況不同勵(lì)磁狀態(tài)電機(jī)過度過程分析

為了分析不同勵(lì)磁狀態(tài)下電機(jī)的動(dòng)態(tài)過程，分別在過勵(lì)磁、正勵(lì)磁以及欠勵(lì)磁不同磁力狀態(tài)下的過度過程做出分析：當(dāng)勵(lì)磁電流變化幅度小的時(shí)候，電機(jī)過度時(shí)間短，電機(jī)很快會(huì)進(jìn)入到穩(wěn)定狀態(tài)，然而當(dāng)勵(lì)磁變化幅度大的時(shí)候，電機(jī)定子電流將會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，動(dòng)態(tài)過度時(shí)間也將會(huì)隨著增加，并且當(dāng)勵(lì)磁過度到一定的定值時(shí)候，將會(huì)影響到電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)勵(lì)磁電流由1600A過度到1000A的時(shí)候，定子電流值超過額定電流，電機(jī)已經(jīng)是失去了穩(wěn)定性。仿真結(jié)果也說明了勵(lì)磁的變化范圍是有效的，不可以大幅度進(jìn)行勵(lì)磁的調(diào)整，在維持負(fù)載恒定比勵(lì)磁電流需要綜合考慮電機(jī)定子電流的熱效應(yīng)以及電機(jī)過度能力，調(diào)節(jié)勵(lì)磁過程中電機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過短暫時(shí)間小幅度的波動(dòng)之后進(jìn)入穩(wěn)定，然而電磁轉(zhuǎn)矩的而波動(dòng)較大。

1.2關(guān)于恒負(fù)載不同勵(lì)磁狀態(tài)下電機(jī)過度時(shí)間和功率變化數(shù)據(jù)分析

為了研究勵(lì)磁調(diào)節(jié)幅度和電機(jī)過度過程的時(shí)間關(guān)系，主要是講不同勵(lì)磁狀態(tài)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)過度時(shí)間做出了對(duì)比。隨著勵(lì)磁電流比那話幅度增大，電機(jī)由過度過程運(yùn)行到穩(wěn)定的過度時(shí)間隨著增大，變化到相同勵(lì)磁狀態(tài)的時(shí)候，電流變化幅度大的過度時(shí)間較長(zhǎng)，其中勵(lì)磁電流由1600A過度到了1000A，其過度的時(shí)間和其他相比增加一倍，因此在越接近穩(wěn)定極限點(diǎn)的時(shí)候，要想達(dá)到其穩(wěn)定，所需要的時(shí)間也較長(zhǎng)。

同時(shí)對(duì)相同初始狀態(tài)下過度過程進(jìn)行研究，根據(jù)不同的過度狀態(tài)以及過度時(shí)間，將發(fā)電機(jī)動(dòng)機(jī)的相關(guān)有功功率、無功功率進(jìn)行整理。隨著過度變化勵(lì)磁電流越來越小，其定子電樞電流不斷增加，輸入有功率變大，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變情況下，減少勵(lì)磁電流值，電機(jī)由過勵(lì)磁過度到正勵(lì)磁，無功功率減少，電機(jī)由正勵(lì)磁過度到欠勵(lì)磁，無功功率增加，主要給出勵(lì)磁過度過程中電機(jī)有功功率和無功功率變化，可以知道有功變化率隨著勵(lì)磁變化幅度增大而增加，當(dāng)勵(lì)磁電流過度到1000A的時(shí)候，其有功變化率減少，因?yàn)檫^度時(shí)間變長(zhǎng)，通過比較可以知道，變化到相同勵(lì)磁大小的情況下，變化幅度大的過渡時(shí)間增加，但是同時(shí)沒有其對(duì)應(yīng)的功率變化快，所以有功變化率隨著變化幅度增加而增大。

2.關(guān)于蓄能電機(jī)沖水工況過度過程中內(nèi)部磁場(chǎng)分析

電機(jī)的過度工程師復(fù)雜的，不僅僅體現(xiàn)在了電磁轉(zhuǎn)矩、電子轉(zhuǎn)速以及電流等，在電磁場(chǎng)方面也是一樣的，并且是相互影響的，互為因果，然而在實(shí)際之中，這些過程主要是可以分別加以分析研究，所以針對(duì)勵(lì)磁的變化，將其過度過程中的磁力線。三種不同初始勵(lì)磁狀態(tài)在同一時(shí)刻過度到1100A前的磁力線圖，其磁場(chǎng)分布較為均勻，但是隨著轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的不同，其合成的磁場(chǎng)軸會(huì)隨之偏離主極軸線，1600A以及1430A下相對(duì)于偏離量比較小，然而在1200A的情況下偏離量較大，對(duì)于單級(jí)模型可以知道，定子繞組兩側(cè)邊緣處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比中心位置多，極靴前側(cè)的磁密較為集中，勵(lì)磁電流越大對(duì)于單位面積磁感應(yīng)前度則是越大。

3.關(guān)于蓄能電機(jī)不同勵(lì)磁狀態(tài)過度運(yùn)行阻尼電流以及電磁的計(jì)算分析

3.1觀不同勵(lì)磁狀態(tài)過度運(yùn)行中阻尼條電流計(jì)算分析

抽水蓄能電站中，在發(fā)電—電動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)子上都轉(zhuǎn)由阻尼繞組，其可以有效的提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、提高電機(jī)不對(duì)稱負(fù)載的承擔(dān)能力以及抑制轉(zhuǎn)子震蕩產(chǎn)生噪音。同步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行的勵(lì)磁以及負(fù)載突然變化的時(shí)候，電機(jī)功角將出現(xiàn)震蕩，這個(gè)時(shí)候電機(jī)會(huì)經(jīng)歷機(jī)電過度過程，對(duì)于有阻尼繞組的同步電動(dòng)機(jī)，需要關(guān)注到電機(jī)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)或者是通過水利開關(guān)控制電機(jī)負(fù)載變化過程中定子電流出現(xiàn)的渦流效應(yīng)。其可能在阻尼條中感應(yīng)出較大的電流，雖然說可以比較短但是能夠產(chǎn)出很大的電磁應(yīng)力以及熱效應(yīng)，分別在阻尼條和端環(huán)部位的連接位置，同時(shí)在阻尼槽口受力也較為明顯，這在一定條件下回導(dǎo)致阻尼條以及端環(huán)脫焊，甚至燒毀燒斷的現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而影響整個(gè)電機(jī)的運(yùn)行狀況，所以對(duì)這一過度過程進(jìn)行計(jì)算具有著實(shí)際的實(shí)際的意義。為了分析蓄能電機(jī)在抽水工況過度過程中的規(guī)律，方便研究更大容量的機(jī)組在更可靠有效的安全情況下進(jìn)行磁力調(diào)節(jié)以及水利開關(guān)調(diào)節(jié)等，所以有必要對(duì)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí)阻尼條電流分布進(jìn)行了分析研究。

為了能夠詳細(xì)的了解電機(jī)在抽水調(diào)相工況過度中阻尼繞組電力變化情況，通過利用有限元法以及安培環(huán)路定律將不同勵(lì)磁狀態(tài)過度運(yùn)行時(shí)阻尼條電流做出計(jì)算。

3.2關(guān)于勵(lì)磁變化過程中轉(zhuǎn)子阻尼條洛倫磁力計(jì)算分析

在抽水工況時(shí)不同磁狀態(tài)變化過度運(yùn)行時(shí)的電氣計(jì)算，利用洛倫磁力原理以及麥克維斯張亮法，計(jì)算出轉(zhuǎn)子阻尼條的洛倫磁力，當(dāng)所求的受力物體是載流導(dǎo)體的時(shí)候，計(jì)算受力則選擇洛倫磁力發(fā)，對(duì)應(yīng)二維磁場(chǎng)計(jì)算公式為：

上述公式中，F(xiàn)e主要是為單元面積受洛倫磁力的矢量，Se則是為單元面積，Je則是為單元電密矢量，l為阻尼條軸向長(zhǎng)度，Be則是為單元磁密矢量。

對(duì)于電機(jī)過度轉(zhuǎn)子阻尼條受洛倫磁力動(dòng)態(tài)變化而言，其中正負(fù)號(hào)為阻尼電流方向，開始在給定的負(fù)載穩(wěn)定情況下，阻尼條受到洛倫磁力最大值為507.78N，當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)過度運(yùn)行的時(shí)候，個(gè)阻尼受力峰值時(shí)刻不同，前側(cè)第一根阻尼條受到洛倫磁力最大，前側(cè)第四根阻尼條受力最下，當(dāng)勵(lì)磁電流由1600A過度到1000A時(shí)峰值前側(cè)第一根阻尼條受力最大，其值為-7370.32N，是穩(wěn)定值的14.5倍，所以，因?yàn)榘l(fā)電電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化過度的需要，在發(fā)電機(jī)阻尼繞組設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要考慮其過度過程對(duì)阻尼繞組的影響，以及磁級(jí)間阻尼繞組端環(huán)的連接強(qiáng)度。

總結(jié)：通過上述研究了蓄能電機(jī)抽水調(diào)相工況之下的動(dòng)態(tài)過度過程電氣參數(shù)特點(diǎn)以及規(guī)律，其中包括了電機(jī)在恒負(fù)載變化勵(lì)磁電流情況下的電樞電流、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速、過度時(shí)間有功以及無功變化等情況，然后分析了過度過程中轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的分布以及變化規(guī)律，得出在過度是阻尼條電流的分布情況以及所受洛倫磁力大小在阻力槽口內(nèi)壁以及外壁關(guān)鍵點(diǎn)的電磁力分布情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]余國(guó)鋒.抽水蓄能電站水力機(jī)組過渡過程的仿真計(jì)算[D].昆明理工大學(xué)，2014.12（24）：140-144

[2]晉萃萃.抽水蓄能電站單機(jī)動(dòng)態(tài)特性與控制性能仿真平臺(tái)[D].華北電力大學(xué)，2014.12（24）：152-155

[3]李志鵬.抽水蓄能電機(jī)阻尼繞組對(duì)電磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子溫度場(chǎng)的影響研究[D].北京交通大學(xué)，2014.12（080：134-135

[4]羅航.大型抽水蓄能機(jī)組繼電保護(hù)分析與整定計(jì)算方法研究[D].華中科技大學(xué)，2011.13（080：156-157

[5]何峰.基于PCC的蓄能機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)象實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)研究[D].河海大學(xué)，2007.18（08）：135-137