新聞主題	發(fā)電機的滅磁時間常數(shù)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，即進入暫態(tài)過程。此時定子電壓、電流都按一定的規(guī)律變化。反應定子電壓和電流的轉(zhuǎn)子回路磁鏈也將按同一規(guī)律變化。通過發(fā)電機滅磁時間常數(shù)試驗可以來研究和分析這種暫態(tài)變化規(guī)律，可以求取勵磁繞組的時間常數(shù)和阻尼繞組的時間常數(shù)，試驗方法比較簡單易行。由于發(fā)電機各繞組都不是孤立存在的，相互間有互感，在確定時間常數(shù)時應采用考慮了互感影響后的有效電感。

 

一、一般概念

 

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

 

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

 

 

式中，T——滅磁時間常數(shù)；

I_E0——在原始狀態(tài)時轉(zhuǎn)子繞組中的電流，A。

轉(zhuǎn)子繞組的滅磁過程對應于定子繞組是開路還是短路可分為兩種情況，定子繞組開路時的滅磁時間常數(shù)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(zhuǎn)子繞組本身的時間常數(shù)；

R_E——轉(zhuǎn)子繞組的直流電阻，Ω；

R_M——滅磁電阻，Ω；

L_E——轉(zhuǎn)子繞組本身的自電感，H。

而T_E0 = L_E / R_E

定子繞組短路時的滅磁時間常數(shù)T'_k為

 

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

式中的L_EK可根據(jù)圖2中X_EK的等值電路圖求得。

圖1和圖2為定子繞組開路和短路條件下滅磁時間常數(shù)試驗時從轉(zhuǎn)子繞組看進去的電抗等值回路。

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(jù)圖1和圖2可得以下關系式

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(zhuǎn)子繞組漏電抗；

X_ad——縱軸電樞反應電抗

根據(jù)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，定子繞組開路時的滅磁時間常數(shù)比定子繞組短路時的滅磁時間常數(shù)要長。

在滅磁后，定子電壓和定子電流也將按轉(zhuǎn)子電流一樣的規(guī)律衰減。

在定子繞組開路的滅磁時間常數(shù)試驗．時

 

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

 

式中  U₀——滅磁試驗開始時的定子電壓，V；

U_r——滅磁試驗結(jié)束后的定子殘壓，V。

當 t＝T'₀ 時

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

定子繞組短路滅磁時間常數(shù)試驗時

 

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

 

式中  I0——滅磁試驗開始時的定子電流，A；

Ir——滅磁試驗結(jié)束時的定子電流，A。

當t＝T'k時

Ⅰ_（t=T'k）＝（Ⅰ₀—Ⅰ_r）e^-1+Ⅰ_r

忽略定子繞組殘流時可得

Ⅰ_（t-T'k）＝Ⅰ₀?^-1＝0.368Ⅰ₀

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

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

轉(zhuǎn)子繞組上電壓的衰減也具有同樣的規(guī)律，即

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

 

 

由此可見，轉(zhuǎn)子繞子上電壓的最大值出現(xiàn)在滅磁開始瞬間，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(zhuǎn)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(zhuǎn)子電壓的R_M／R_E倍。滅磁電阻越大，轉(zhuǎn)子繞組上的過電壓越高，但過電壓的衰減也越快。實際上的過電壓比理論計算值小，因為自動滅磁開關觸頭之間產(chǎn)生的電弧限制了過電壓的升高。經(jīng)驗證明，滅磁電阻的大小應為熱狀態(tài)轉(zhuǎn)子繞組電阻的4～5倍。在現(xiàn)場可采用雙臂電橋來測量其直流電阻。

 

二、滅磁時間常數(shù)測量

 

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

1、定子繞組開路滅磁時間常數(shù)測量

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

（2）發(fā)電機空載試驗結(jié)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(wěn)態(tài)值作為基準。

（3）先磨動光線示波器，隨后跳開滅磁開關，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(jié)束，可從示波圖上量得定子繞組滅磁時間常數(shù)。具體就是確定定子電壓從U_N衰減到0.368U_N所需的時間。

2、定子繞組短路滅磁常數(shù)測量

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

（2）發(fā)電機短路試驗結(jié)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(wěn)態(tài)值作為基準。

（3）先啟動光線示波器，隨后跳開滅磁開關，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(jié)束可從示波圖上量得定子繞組短路滅磁時間常數(shù)。具體就是確定定子電流從Ⅰ_N衰減到0.368Ⅰ_N所需的時間。

3、機端三相金屬性短路

負載額定下三相機端短路。當發(fā)電電動機運行在額定負載工況時，機端突然三相短路，由于為自并勵勵磁系統(tǒng)，故陽極電壓也突然為0，然后延時0.1秒跳負荷開關（短路點在負荷開關內(nèi)側(cè)），同時聯(lián)跳滅磁開關進行滅磁。

 

圖3 三相交流發(fā)電機機端短路滅磁曲線圖

 

4、試驗記錄的整理

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

 

圖4 發(fā)電機定子繞組開路滅磁電壓衰減曲線圖

 

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

 

三、發(fā)電機定子滅磁時間常數(shù)測量試驗記錄表

 

設備名稱

1．發(fā)電機參數(shù)

型號

額定容量（KVA）

額定電壓（KV）

額定電流（A）

額定轉(zhuǎn)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

出廠日期

制造廠

2．試驗依據(jù)

3．試驗數(shù)據(jù)                                                 環(huán)境溫度：  ℃，濕度：   %

勵磁方式

滅磁方式

滅磁前轉(zhuǎn)子電壓

滅磁前轉(zhuǎn)子電流

滅磁前發(fā)電機電壓

滅磁時間常數(shù)

轉(zhuǎn)子過電壓倍數(shù)

滅磁時發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子電壓波形（圖）

4．試驗儀器及儀表名稱、規(guī)格、編號

5．試驗結(jié)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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