新聞主題	發電機的滅磁時間常數測定

 

發電機在運行中，如發生突然短路或斷路器跳閘甩負荷后，即進入暫態過程。此時定子電壓、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。通過發電機滅磁時間常數試驗可以來研究和分析這種暫態變化規律，可以求取勵磁繞組的時間常數和阻尼繞組的時間常數，試驗方法比較簡單易行。由于發電機各繞組都不是孤立存在的，相互間有互感，在確定時間常數時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，轉子繞組中流過的電流等于原始狀態（即滅磁前瞬間）時繞組中的電流IE0。如果忽略發電機磁路飽和的影響，并在無阻尼繞組的條件下，此電流將按指數函數規律衰減至零，即

 

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

 

 

式中，T——滅磁時間常數；

I_E0——在原始狀態時轉子繞組中的電流，A。

轉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

定子繞組短路時的滅磁時間常數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為定子繞組開路和短路條件下滅磁時間常數試驗時從轉子繞組看進去的電抗等值回路。

圖1 發電機定子繞組電抗XE0等值回路圖

圖2 發電機定子繞組電抗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

根據發電機理論，發電機的縱軸同步電抗為X_d＝X_σ十X_ad，而發電機的暫態電抗為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比定子繞組短路時的滅磁時間常數要長。

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。

在定子繞組開路的滅磁時間常數試驗．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T'₀就等于發電機開路滅磁時，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T'_k就等于發電機短路滅磁時，其定子電流從起始值衰減到0.368倍所需的時間。

如果發電機有阻尼繞組，將使磁場的衰減變慢，滅磁時間常數相應變大，具體的理論和數學分析比較復雜，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，轉子繞子上電壓的最大值出現在滅磁開始瞬間，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生的電弧限制了過電壓的升高。經驗證明，滅磁電阻的大小應為熱狀態轉子繞組電阻的4～5倍。在現場可采用雙臂電橋來測量其直流電阻。

 

二、滅磁時間常數測量

 

測量滅磁時間常數一般與發電機空載、短路特性試驗一起進行，可采用光線示波器或其他數字式錄波裝置進行測量。

1、定子繞組開路滅磁時間常數測量

（1）在發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所需的時間。

2、定子繞組短路滅磁常數測量

（1）在發電機短路試驗時，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所需的時間。

3、機端三相金屬性短路

負載額定下三相機端短路。當發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，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側），同時聯跳滅磁開關進行滅磁。

 

圖3 三相交流發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。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T₀（或T_K0）。

 

三、發電機定子滅磁時間常數測量試驗記錄表

 

設備名稱

1．發電機參數

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

產品編號

出廠日期

制造廠

2．試驗依據

3．試驗數據                                                 環境溫度：  ℃，濕度：   %

勵磁方式

滅磁方式

滅磁前轉子電壓

滅磁前轉子電流

滅磁前發電機電壓

滅磁時間常數

轉子過電壓倍數

滅磁時發電機定子、轉子電壓波形（圖）

4．試驗儀器及儀表名稱、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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