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康明斯发电机次暂态和暂态参数测量
发布时间:2019-04-15 00:27:05  ▏阅读:

康明斯柴油发电机组的发电机次暂态和暂态参数测量

一、基本概念

    次暂态电抗X"d、X"q是康明斯发电机突然短路的瞬间,由短路电流的起始值所决定的定子电抗。暂态电抗X’d、X’q是由减掉超瞬变分量的短路电流分量的起始值所决定的定子电抗。

    Ta是定子电流直流分量衰减时间常数。表征康明斯发电机在额定转速和一定电压下运行,定子绕组突然短路时,短路电流中直流分量衰减快慢的时间参数。

    T’d是定子绕组短路时纵轴暂态时间常数,表征康明斯发电机在额定转速和一定电压下运行,定子绕组突然短路。阻尼绕组开路。(或无阻尼作用时),定子电流中纵轴暂态分量衰减快慢的时间参数。

    T"d是定子绕组短路时纵轴次暂态时间常数,表征康明斯发电机在额定转速和电压下运行,转子阻尼绕组(或阻尼回路)和励磁绕组闭路,当定子绕组发生突然短路时,在阻尼作用下,定子电流中次暂态分量衰减快慢的时间参数。

    T’d0为定子绕组开路时纵轴暂态时间常数,系指发电机在额定转速和额定电压下运行,当运行条件发生突然变化时,由纵轴磁通所产生的开路定子电压中暂态分量衰减快慢的时间参数。

    二、测量方法

    (一)三相突然短路法

康明斯发电机三相短路试验接线原理图.png

三相突然短路试验是测量发电机X’d、X"d、T’d、T"d及Ta等参数较好的方法。一般情况下,现场只需测定发电机参数的不饱和值,这时发电机应在额定转速nN及空载定子电压U=(1/4)U下进行三相突然短路试验。至于测定参数的饱和值,则应在额定电压下进行三相突然短路试验。由于该试验将产生很大的电动力而危及设备安全,故不宜在现场进行,只能作为考核发电机机械强度的型式试验项目。

    1.试验方法

    (1)试验接线。

    三相突然短路试验接线原理图如图16—9所示。

    (2)试验步骤。

    1)将同步发电机拖动到额定转速,先将发电机的定子电压调节到(1/4)UN作空载运行。

    2)在短路前记录定子电压U和励磁电流IE,起动示波器开始录波,随即合上开关Q将定子绕组突然短接,摄录定子电压、三相定子电流及励磁电流波形。

    3)记录短路时定子电流及励磁电流的稳态值,并根据示波器摄录的电流波形,确定电流波形的比例尺(A/mm)。

    (3)试验要求及注意事项。

    1)被试发电机应由配套的励磁机供给励磁且励磁机必须为他励。

    2)摄录短路电流波形时宜采用无感分流器,分流器的额定电流应大于被试发电机定子额定电流值。为确保人身和仪器安全,应把分流器接在短路开关Q与短路点O’之间。短路点O’必须可靠接地,使振子在短路前不会处于高电压。定子回路所有的接点接触必须良好和可靠,连接导线应有足够的截面,且越短越好。

    3)突然短路时用的三相开关(如接触器或断路器)应认真检查或调整好,使三相尽可能同时合闸。

    4)试验时先在三相稳态短路下,将三相电流送至示波器振子,调节光点的偏转幅度,使三相突然短路时电流波形有适当的幅值,且在可能发生的最大电流时的波幅不超过振子允许的偏转值及感光纸的边缘。

    三相突然短路电流最大值可按下式估算

Imax=IN               

式中  U*——突然短路前空载定子电压标么值;

康明斯发电机三相短路电流波幅包络线.png

"d*——次暂态电抗的设计值或估计值(标么值);

      IN——被试发电机的额定电流,A;

      Imax——三相突然短路电流最大值,A。

    2,数据处理

    (1)画出三相突然短路电流波幅的包络线。将所摄录电流波形的各个波峰值绘制在坐标纸上,然后用平滑的曲线连接起来,就得到一相电流波形的上下两条包络线,如图16—lO所示。如果起始几个电流波峰之间的时间间隔不等,则应按实际量得的时间间隔绘制。

    (2)将各相电流的周期分量与非周期分量分开。取任一瞬间上、下两包络线的纵坐标,两者代数和一半为该瞬间电流的非周期分量(即直流分量),如图16—10中的虚线所示。两者代数差的一半(即虚线至包络线的距离)为该瞬间电流的周期分量,再求出三相短路电流周期分量各瞬间的算术平均值。即为三相短路时,定子电流周期分量的变化曲线。

康明斯发电机三相短路次暂态电流变化曲线图.png

 (3)求暂态分量(ΔI’k)和次暂态分量(ΔI"k)。从定子电流周期分量的变化曲线中减去稳态短路电流Jk∞,即得(ΔI’k十ΔI"k)电流曲线,将其绘于半对数坐标纸上(见图16—11),使(ΔI’k十ΔI"k)曲线后半部的直线部分延伸到纵坐标上,其交点即为短路电流暂态分量的初始值ΔI’k0。

    在半对数坐标纸上,曲线(ΔI’k十ΔI’k)与直线ΔI’k在同一瞬间的差值即为短路电流的次暂态分量ΔI"k。把次暂态电流分量与时间的关系也绘在半对数坐标纸上(见图l6—11),并将其延伸到纵坐标轴,则交点即为次暂态分量电流的初始值ΔI"k0。

(4)计算纵轴暂态电抗X'd和次暂态电抗X"d公式为

康明斯发电机电抗计算公式.png

康明斯发电机线电压计算公式.png

上两式中  U——短路前定子线电压,V;

    UφN、IφN——被试发电机的额定相电压、相电流,V、A;

    Ik∞——稳态短路电流,A;

    ΔI’k0、ΔI"k0——暂态电流、次暂态电流初始值,A。

    (5)确定时间常数T’d、T"d及Ta。

    定子绕组短路时的纵轴暂态时间常数T’d是定子电流暂态分量自初始值ΔI"k0衰减到0.368ΔI’k0时所需的时间。

    定子绕组短路时的纵轴次暂态时间常数T"d是定子电流次暂态分量自初始值ΔI"k0。衰减到0.368ΔI"k0时所需的时间。

    定子绕组短路时的非周期分量时间常数Ta是定子电流非周期分量自初始值衰减到0.368初始值时所需的时间。

(二)电压恢复法试验

1,试验方法

将三相定子绕组短路,再将被试电机拖动到额定转速,然后增加励磁电流,使其相当于空载特性曲线直线部分的某一电压(通常不高于O.7倍额定电压)时的励磁电流。

康明斯发电机定子恢复电压波形和包络线.png

康明斯电压恢复曲线示意图.png

   记下此时定子绕组的短路电流Ik。然后将短路的三相绕组同时断开,用示波器摄录任一相电流及任一线电压的波形。当电压恢复到稳态值U∞后,读表记下电压数值,以确定空载电压波形的比例尺(V/mm)。试验时对励磁回路的要求与三相突然短路试验中的规定相同。

    2.数据处理

    (1)画出恢复电压波形的包络线(见图16—  12)。

    (2)将稳态电压U∞与恢复电压包络线之间的电压差值对时间的关系绘于半对数坐标纸上(见图16—13)。此曲线为暂态电压分量ΔU’与次暂态电压分量ΔU"之和。将该曲线的直线部分延长,与纵坐标的交点即为暂态电压分量的初始值ΔU"0。曲线ΔU’十ΔU"与曲线ΔU’之间的差值即为次暂态电压分量ΔU"曲线,将其绘于同一坐标纸上,它与纵坐标轴的交点即是次暂态电压分量的初始值ΔU"0。

    (3)纵轴暂态电抗X’d及纵轴次暂态电抗X"d的计算

                             X’d=

                             X”d=      

式中    Ik——在断开短路前瞬间测得的定子电流,A;

        U∞——稳态电压,V;

ΔU’0、ΔU"00——暂态电压分量与次暂态电压分量初始值,V。

    (4)求取了T'd0和T"d0。

    定子绕组开路时纵轴暂态时间常数T’d0是暂态电压分量从初始值ΔU’0衰减到0.368ΔU’0时所需的时间。

    定子绕组开路时纵轴次暂态时间常数T"d0是次暂态电压分量从初始值ΔU"0衰减到O.368ΔU"0时所需的时间。

    (5)计算T’d和T"d0

    在求得T’d0、T"d0后,可按下列关系式求取定子绕组短路时的纵轴暂态时间常数T’d及次暂态时间常数T"d。

                               T’d=T’d0                      (16—21)

                               T”d=T”d0                        (16—22)

式中  Xd——直轴同步电抗的不饱和值,Ω。

    (6)在电压恢复法试验中,(U∞一ΔU’0—ΔU"0)、(U∞一ΔU’0)以及两者的差值与稳态电压U∞相比都是较小的,因而在示波图加工及计算中容易引起误差。为此,有些文献建议,除了拍摄上述的电压恢复曲线外,用记录纸以较快的速度(不小于0.44m/s)再拍摄一张电压复曲线起始部分的示波图。示波图上的电压比例尺可如此选择,使短路被切断的初瞬,电压(U∞—ΔU’0—ΔU"0)的幅度约为振子光点允许偏转值的一半。由于稳态电压U∞超过(U∞—ΔU’0一ΔU"0)好几倍,因此振子光点在到达其允许的最大偏转度前,应通过继电器等装置将振子回路自动断开或用限幅器加以保护,以免损坏振子。

康明斯电压恢复曲线起始图.png

 在普通坐标纸上(或在直接拍摄的感光纸上)画出电压恢复曲线的波幅包络线,如图16—14所示。包络线与t=O时的纵坐标相交于a点,oa=U∞一ΔU’0一ΔU"0。将曲线尾部的直线部分延伸,使其与纵坐标轴相交于b点,ob=U∞—ΔU’0,于是可根据式(16—19)及式(16—20)计算出X’d及X"d,并从图l6—14中求得T"d0。

     电压恢复法试验的优点是:①试验过程中,电机不会受到不正常的机械和电的冲击作用,因而允许重复进行数次试验。以获得可靠的结果;②电压恢复法不需要种类繁多的辅助设备,如无感分流器等,因此现场容易进行;②通常只需拍摄一个线电压的恢复曲线,示波图的加工量较小。

 

    电压恢复法的不足之处是:①不能求出三相突然短路电流非周期分量的时间常数Ta;②由换算来确定时间常数T’d及T"d的准确性较差。

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