新聞主題	發(fā)電機的滅磁時(shí)間常數測定

 

發(fā)電機在運行中，如發(fā)生突然短路或斷路器跳閘甩負荷后，即進(jìn)入暫態(tài)過(guò)程。此時(shí)定子電壓、電流都按一定的規律變化。反應定子電壓和電流的轉子回路磁鏈也將按同一規律變化。通過(guò)發(fā)電機滅磁時(shí)間常數試驗可以來(lái)研究和分析這種暫態(tài)變化規律，可以求取勵磁繞組的時(shí)間常數和阻尼繞組的時(shí)間常數，試驗方法比較簡(jiǎn)單易行。由于發(fā)電機各繞組都不是孤立存在的，相互間有互感，在確定時(shí)間常數時(shí)應采用考慮了互感影響后的有效電感。

 

一、一般概念

 

在轉子繞組切換至滅磁電阻的瞬間，根據磁鏈守恒原理，轉子繞組中流過(guò)的電流等于原始狀態(tài)（即滅磁前瞬間）時(shí)繞組中的電流IE0。如果忽略發(fā)電機磁路飽和的影響，并在無(wú)阻尼繞組的條件下，此電流將按指數函數規律衰減至零，即

 

..................................... （公式1）

 

 

式中，T——滅磁時(shí)間常數；

I_E0——在原始狀態(tài)時(shí)轉子繞組中的電流，A。

轉子繞組的滅磁過(guò)程對應于定子繞組是開(kāi)路還是短路可分為兩種情況，定子繞組開(kāi)路時(shí)的滅磁時(shí)間常數T'₀為

T’₀ = L_E / R_E + R_M = T_E0 （R_E / R_E + R_M） ..................................... （公式2)

式中  T_E0——轉子繞組本身的時(shí)間常數；

R_E——轉子繞組的直流電阻，Ω；

R_M——滅磁電阻，Ω；

L_E——轉子繞組本身的自電感，H。

而T_E0 = L_E / R_E

定子繞組短路時(shí)的滅磁時(shí)間常數T'_k為

 

T'_k = L_EK /  R_E + R_M..................................... （公式3)

式中的L_EK可根據圖2中X_EK的等值電路圖求得。

圖1和圖2為定子繞組開(kāi)路和短路條件下滅磁時(shí)間常數試驗時(shí)從轉子繞組看進(jìn)去的電抗等值回路。

圖1 發(fā)電機定子繞組電抗XE0等值回路圖

圖2 發(fā)電機定子繞組電抗XEK等值回路圖

 

 

根據圖1和圖2可得以下關(guān)系式

X_E0＝X_ad十X_Eσ

X_EK＝X_2σ十X_σ • X_ad／（X_σ十X_ad）

 

式中，X_σ——定子繞組漏電抗；

X_Eσ——轉子繞組漏電抗；

X_ad——縱軸電樞反應電抗

根據發(fā)電機理論，發(fā)電機的縱軸同步電抗為X_d＝X_σ十X_ad，而發(fā)電機的暫態(tài)電抗為X'_d＝X_σ十X_Eσ • X_ad／（X_Eσ十X_ad），于是可得到

X_EK=X_E0（X'_d / X_d）

由此可得

                              T'_k =  T'₀ （X'_d / X_d）.................................... （公式4）

從式（16—34）得到，定子繞組開(kāi)路時(shí)的滅磁時(shí)間常數比定子繞組短路時(shí)的滅磁時(shí)間常數要長(cháng)。

在滅磁后，定子電壓和定子電流也將按轉子電流一樣的規律衰減。

在定子繞組開(kāi)路的滅磁時(shí)間常數試驗．時(shí)

 

.....................................  （公式5)

 

式中  U₀——滅磁試驗開(kāi)始時(shí)的定子電壓，V；

U_r——滅磁試驗結束后的定子殘壓，V。

當 t＝T'₀ 時(shí)

U_{（t-T’0）}=（U₀-U_r）e¹+U_r

由于定子殘壓Ur一般很小，可以忽略不計，所以

  U_（t-T'0）＝U_0e^-1＝0.368U

因此，定子繞組開(kāi)路滅磁時(shí)間常數T'₀就等于發(fā)電機開(kāi)路滅磁時(shí)，其定子電壓從其起始值U₀降到0.368U₀時(shí)所需的時(shí)間。

定子繞組短路滅磁時(shí)間常數試驗時(shí)

 

.....................................  （公式5)

 

式中  I0——滅磁試驗開(kāi)始時(shí)的定子電流，A；

Ir——滅磁試驗結束時(shí)的定子電流，A。

當t＝T'k時(shí)

Ⅰ_（t=T'k）＝（Ⅰ₀—Ⅰ_r）e^-1+Ⅰ_r

忽略定子繞組殘流時(shí)可得

Ⅰ_（t-T'k）＝Ⅰ₀?^-1＝0.368Ⅰ₀

因此，定子繞組短路滅磁時(shí)間常數T'_k就等于發(fā)電機短路滅磁時(shí)，其定子電流從起始值衰減到0.368倍所需的時(shí)間。

如果發(fā)電機有阻尼繞組，將使磁場(chǎng)的衰減變慢，滅磁時(shí)間常數相應變大，具體的理論和數學(xué)分析比較復雜，這里不再贅述。但從試驗來(lái)求取滅磁時(shí)間常數的方法是一樣的。

轉子繞組上電壓的衰減也具有同樣的規律，即

.................................... （公式6）

 

 

由此可見(jiàn)，轉子繞子上電壓的最大值出現在滅磁開(kāi)始瞬間，即為

U_EM = Ⅰ_E0 × R_E = U_E0（R_M / R_E）

U_E0 = Ⅰ_E0 × R_E

式中, R_E——轉子繞組直流電阻。

此電壓與滅磁電阻成正比，并等于滅磁前轉子電壓的R_M／R_E倍。滅磁電阻越大，轉子繞組上的過(guò)電壓越高，但過(guò)電壓的衰減也越快。實(shí)際上的過(guò)電壓比理論計算值小，因為自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)觸頭之間產(chǎn)生的電弧限制了過(guò)電壓的升高。經(jīng)驗證明，滅磁電阻的大小應為熱狀態(tài)轉子繞組電阻的4～5倍。在現場(chǎng)可采用雙臂電橋來(lái)測量其直流電阻。

 

二、滅磁時(shí)間常數測量

 

測量滅磁時(shí)間常數一般與發(fā)電機空載、短路特性試驗一起進(jìn)行，可采用光線(xiàn)示波器或其他數字式錄波裝置進(jìn)行測量。

1、定子繞組開(kāi)路滅磁時(shí)間常數測量

（1）在發(fā)電機空載特性試驗時(shí)，將定子電壓、勵磁電流和勵磁電壓等信號接入光線(xiàn)示波器。

（2）發(fā)電機空載試驗結束，將定子電壓保持在額定值，并記錄定子電壓，勵磁電流和勵磁電流穩態(tài)值作為基準。

（3）先磨動(dòng)光線(xiàn)示波器，隨后跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，錄取發(fā)電機定子電壓、勵磁電壓和勵磁電流的衰減波形。

（4）測量結束，可從示波圖上量得定子繞組滅磁時(shí)間常數。具體就是確定定子電壓從U_N衰減到0.368U_N所需的時(shí)間。

2、定子繞組短路滅磁常數測量

（1）在發(fā)電機短路試驗時(shí)，將定子電流、勵磁電流和勵磁電壓等信號接人光線(xiàn)示波器。

（2）發(fā)電機短路試驗結束后，將定子電流保持在額定值，并記錄定子電流、勵磁電流和勵磁電壓穩態(tài)值作為基準。

（3）先啟動(dòng)光線(xiàn)示波器，隨后跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，錄取發(fā)電機定子電流、勵磁電流和勵磁電壓的衰減波形。

（4）測量結束可從示波圖上量得定子繞組短路滅磁時(shí)間常數。具體就是確定定子電流從Ⅰ_N衰減到0.368Ⅰ_N所需的時(shí)間。

3、機端三相金屬性短路

負載額定下三相機端短路。當發(fā)電電動(dòng)機運行在額定負載工況時(shí)，機端突然三相短路，由于為自并勵勵磁系統，故陽(yáng)極電壓也突然為0，然后延時(shí)0.1秒跳負荷開(kāi)關(guān)（短路點(diǎn)在負荷開(kāi)關(guān)內側），同時(shí)聯(lián)跳滅磁開(kāi)關(guān)進(jìn)行滅磁。

 

圖3 三相交流發(fā)電機機端短路滅磁曲線(xiàn)圖

 

4、試驗記錄的整理

在錄取電壓（電流）衰減波形后，可以用作圖法來(lái)求取時(shí)間常數。按定子電壓（或電流）的額定值作為基準，量取各時(shí)間間隔的定子電壓（電流）值，將這些點(diǎn)畫(huà)在坐標紙上，可得到一衰減曲線(xiàn)，如圖4。

 

圖4 發(fā)電機定子繞組開(kāi)路滅磁電壓衰減曲線(xiàn)圖

 

在縱坐標上取0.368U_N（或0.368I_N）得到C點(diǎn)，過(guò)C點(diǎn)作平行于橫坐標的直線(xiàn)，與所畫(huà)曲線(xiàn)相交于A(yíng)點(diǎn)，再經(jīng)A點(diǎn)作垂線(xiàn)，與橫坐標相交于B點(diǎn)，則OB所代表的時(shí)間就是所求的滅磁時(shí)間常數T₀（或T_K0）。

 

三、發(fā)電機定子滅磁時(shí)間常數測量試驗記錄表

 

設備名稱(chēng)

1．發(fā)電機參數

型號

額定容量（KVA）

額定電壓（KV）

額定電流（A）

額定轉速

額定頻率（Hz）

絕緣等級

冷卻方式

空載勵磁電壓

空載勵磁電流

額定勵磁電壓

額定勵磁電流

接法

產(chǎn)品編號

出廠(chǎng)日期

制造廠(chǎng)

2．試驗依據

3．試驗數據                                                 環(huán)境溫度：  ℃，濕度：   %

勵磁方式

滅磁方式

滅磁前轉子電壓

滅磁前轉子電流

滅磁前發(fā)電機電壓

滅磁時(shí)間常數

轉子過(guò)電壓倍數

滅磁時(shí)發(fā)電機定子、轉子電壓波形（圖）

4．試驗儀器及儀表名稱(chēng)、規格、編號

5．試驗結論

試驗人員

試驗日期

年    月    日

審核人員

審核日期

年    月    日

 

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