CN117349576B - 一种发电机投电制动转子过电压计算方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发电机投电制动转子过电压计算方法和系统，属于大型水电厂发电机领域，基于Xad基值系统，采集发电机参数，计算出电制动短路开关合闸后转子绕组的电压值。本发明为大型水轮发电机投入电制动开关后，转子绕组上产生的暂态过电压计算方法，可计算出投入电制动短路开关后转子绕组电压随时间的衰减情况，可运用于励磁系统过电压定值整定及投电制动时监控系统转子过电压定值整定计算等。
Description
技术领域
本发明属于大型水电厂发电机领域，具体涉及一种发电机投电制动转子过电压计算方法和系统。
背景技术
传统的发电机投入电制动开关后，转子绕组上产生的暂态过电压均是通过外接录波装置手动录波数据，获取暂态过电压情况。其方法比较繁琐，且录波装置录波时间较短，较难录到整个暂态过程的数据。其方法具体是：需在灭磁开关两侧用试验线引出，接入故障录波器，然后等待在机组停机过程中，转速下降到60%之前，手动启动故障录波，通过故障录波录到的波形，得到其特性。因转速下降很快，再加之故障录波启动时长有限制，所以手动启动故障录波的开始时间较难控制。
转子绕组中阻抗、电感、磁链的基准值同电流、电压和时间的基准值之间的关系与定子方面的相同，所以在标幺值的磁链方程中，转子对定子和定子对转子的互感系数（Xad）相等，基于此，如何在发电机的设计阶段估算转子的过电压情况，是值得研究的。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种发电机投电制动转子过电压计算方法和系统，基于基值系统，结合投入电制动短路开关时的特殊暂态工况，对等效电路进行化简，对/>，/>，/>参数进行计算，对发电机d轴电流表达式进行化简，再结合发电机具体参数，推导出发电机d轴电流表达式及转子磁链方程式，进而推导出发电机转子绕组电压计算公式，该计算式即为大型水轮发电机投入电制动开关后，转子绕组上产生的暂态过电压计算方法，该方法可计算出投入电制动短路开关后不同时刻的转子绕组电压及其随时间的衰减情况。
本发明的技术方案是：
电制动投入机端短路开关，未投他励电源之前。由于铁芯剩磁的存在，在定子绕组上产生旋转电势，短路开关投入时，产生定子电流，包括直流分量和非周期分量，由于定子电流暂态过程中，在转子绕组上产生感应电压，此感应电压随时间衰减。该计算方法如下：
一种发电机投电制动转子过电压计算方法，查阅某电厂发电机部分参数；根据发电机部分参数进行所需参数计算，按下式计算出电制动短路开关合闸后转子绕组的电压值：
其中，为转子绕组电压值，/>为转子绕组基值电压，/>为机组转速，/>为交轴电压初始值，/>为直轴电枢反应电抗，/>为直轴同步电抗，/>为阻尼绕组电抗值，，/>为阻尼漏抗，/>为直轴暂态电抗，/>为计及定子绕组影响的阻尼绕组时间常数，/>为时间标幺值，/>为定子绕组时间常数。
画出投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程。
进一步地，输入所需的发电机关键参数，计算出电制动短路开关合闸后转子绕组的电压值。
进一步地，根据60%额度转速时测量到的定子绕组电压数据，获得投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程。
本发明还涉及的发电机投电制动转子过电压计算系统，包括采集器和处理器；采集器采集发电机参数；处理器按上述的方法进行处理。
进一步地，还包括输入模块，输入模块输入所需的发电机关键参数，处理器计算出电制动短路开关合闸后转子绕组的电压值。
进一步地，还包括显示模块，处理器根据60%额度转速时测量到的定子绕组电压数据，获得投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程，并在显示模块上显示。
本发明还涉及的一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本发明还涉及的一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上述方法的步骤。
本发明为解决投入电制动短路开关后在转子绕组上电压的形成机理及电压的计算方法，以及为励磁系统过电压定值整定及投电制动时监控转子过电压定值整定计算提供理论计算依据。
根据投电制动开关时的工况推导出投电制动短路开关时转子绕组电压的计算方法，再结合实际案例，比较用本发明方法和传统的录波方法得到的结果基本一致。
本发明涉及大型水轮发电机投入电制动开关后，转子绕组上产生的暂态过电压计算方法及系统，该计算方法可运用于励磁系统过电压定值整定及投电制动时监控转子过电压定值整定计算。
本发明基于基值系统，仅需厂家提供的部分发电机参数便可计算出投入电制动短路开关后不同时刻的转子绕组电压及其随时间的衰减情况，计算方法可运用于励磁系统过电压定值整定及投电制动时监控转子过电压定值整定计算等。
由此可见，相比现有技术，本发明的有益效果是：
1、在发电机的设计阶段，就能得到发电机的设计参数，本发明基于Xad基值系统，根据发电机部分主要参数就可对特殊工况下的暂态量进行计算，获得暂态过程，避免传统方法的不方便；
2、本发明可仅根据发电机部分主要参数，即可在发电机的设计阶段计算出发电机投入电制动短路开关后不同时刻的转子绕组电压及其随时间的衰减情况；
3、本发明可在发电机的设计阶段估算转子的过电压情况，为励磁绕组过电压整定提供依据，为投电制动时监控转子过电压定值整定计算提供依据。
附图说明
图1为本发明实施例的发电机四绕组模型等值电路图；其中，为定子漏抗，/>为转子漏抗，/>为阻尼漏抗，/>为直轴电枢反应电抗；
图2为本发明实施例的某电厂发电机投入电制动短路开关后的转子绕组电压（计算波形）；
图3为本发明实施例的某电厂发电机投入电制动短路开关后的转子绕组电压（录波波形）；
图4为本发明实施例的某电厂发电机投入电制动短路开关后的转子绕组电压局部放大波形（录波波形）；
图5为本发明实施例的其中一种系统框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围；
除非另外定义，本申请实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
实施例1
本实施例的基于基值系统的发电机投电制动转子过电压计算方法，具体过程如下：
电制动投入机端短路开关，未投他励电源之前。由于铁芯剩磁的存在，在定子绕组上产生旋转电势，短路开关投入时，产生定子电流，包括直流分量和非周期分量，由于定子电流暂态过程中，在转子绕组上产生感应电压，此感应电压随时间衰减。本实施例计算方法推导如下：
本实施例中计及阻尼绕组的影响，计算过程基于Xad基值系统。根据暂态分析，投电制动短路开关瞬间电枢反应计算公式为（标幺值表示）。
上列方程组中，为海维塞德运算法中的算子，/>；/>为直轴电压，/>为交轴电压，/>为交轴电流，/>为直轴电流，/>为角速度，/>为直轴磁链，/>为交轴磁链，/>为交轴、直轴电阻，/>为直轴运算电抗，/>为交轴运算电抗。
不计绕组电阻影响，则：
/>
上式中，为交轴电压初始值，其它参数同上。
可得到机组转速为时的直轴电流起始值运算式：
/>
上式中，，/>为直轴暂态电抗，其它参数同上。
直轴电流起始值为：
/>
直轴电流的一般公式为：
/>
上式中，为时间标幺值，/>为直轴同步电抗，上式中，/>为计及定子绕组影响的阻尼绕组时间常数，/>为定子绕组时间常数，其它参数同上。
阻尼绕组电流一般公式为：
/>
上式中，为阻尼绕组电抗值，其它参数同上。
转子磁链方程：
/>
/>
上式中，为直轴电枢反应电抗，其它参数同上。
则电制动短路开关合闸后励磁绕组电压为：
/>
上式中，为励磁绕组电压标幺值。/>为阻尼漏抗，/>，其它参数同上。
，则
上式中：为励磁绕组电压有名值，/>为转子绕组基值电压，其它参数同上。
作为具体实例，本实施例的基于基值系统的发电机投电制动转子过电压计算方法：
查阅某电厂发电机部分参数，如表1所示。
表1 计算用发电机参数表
根据发电机部分参数进行所需参数计算：各绕组之间的相互关系可由图1推导，其中：为定子漏抗；/>为转子漏抗；/>为阻尼漏抗；/>为直轴电枢反应电抗。投入电制动短路开关时，转子绕组开路。
式（10）中，
；
；
定子绕组短路，转子绕组开路的阻尼绕组时间常数如下，式中为阻尼绕组电阻：
定子绕组时间常数为：。
时间用有名值表示，按定子绕组短路前电压幅值/>，按表1设备参数得：，/>，/>，/>，/>，/>，/>，按照Xad基值系统原则，计算得转子绕组基值电压/>，将上述参数带入（10）式，可得给定参数的机组投电制动开关后转子绕组感应电压实际值一般公式：
本实施例中，根据发电机厂家提供的参数，带入转子绕组电压方程，即可得到投入电制动后转子绕组电压随时间变化的函数表达式。
使用matlab编写计算程序，画出投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程，如图2所示。用matlab编写计算程序，然后对程序进行封装，设计界面友好，计算方便适用的小程序。
现场使用外接故障录波器获得的投入电制动短路开关后转子绕组电压的暂态过程，如图3、图4所示。在图3中，前三个周波波峰被削平，如小矩形框选所示，将小矩形框内波形进一步放大，可得到图4，从图4可看出，前三个周波波峰被削平是励磁系统过电压保护起作用的结果。具体来说，当转子正向过电压时，通过可控硅控制，将可控硅接通形成回路；当转子反向过电压时，由氧化锌阀片定值决定接通回路。通过氧化锌阀片、可控硅，将电压限定在设计要求的范围内，更好地保护转子绝缘。
经比较，采用本实施例的计算方法得到的投入电制动短路开关后转子绕组电压的暂态特性与实测基本一致。
本实施例为解决投入电制动短路开关后在转子绕组上电压的形成机理及电压的计算方法，以及为励磁系统过电压定值整定及投电制动时监控转子过电压定值整定计算提供理论计算依据。
根据投电制动开关时的工况推导出投电制动短路开关后转子绕组电压的计算方法，再结合实际案例，比较用本发明方法和传统的录波方法得到的结果基本一致。
实施例2，如图4所示，为了实施例1的方法，本实施例还提供一种发电机投电制动转子过电压计算系统，包括采集器、处理器、输入模块和显示器；采集器采集发电机参数；处理器按实施例1所述的方法进行处理。
输入模块输入所需的发电机关键参数，处理器根据60%额度转速时测量到的定子绕组电压数据，获得投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程，并在显示模块上显示。
使用外接故障录波器获得的投入电制动短路开关后转子绕组电压的暂态过程，并在显示模块上显示。本实施例中，采集器、处理器、输入模块和显示器均为现有产品。
实施例3，为了实施例1的方法，本实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例1所述方法的步骤。本实施例中，处理器和存储器均为现有产品。
实施例4，为了实施例1的方法，本实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现实施例1所述方法的步骤。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在可读存储介质中，或者从一个可读存储介质向另一个可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，或者半导体介质等。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器、网络处理器等；还可以是数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
可选的，本申请实施例还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上述所示实施例的方法。
可选的，本申请实施例还提供一种运行指令的芯片，所述芯片用于执行上述所示实施例的方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种发电机投电制动转子过电压计算方法，其特征在于：查阅某电厂发电机部分参数；根据发电机部分参数进行所需参数计算，按下式计算出电制动短路开关合闸后转子绕组的电压值：
；
其中，为转子绕组电压值，/>为转子绕组基值电压，/>为机组转速，/>为交轴电压初始值，/>为直轴电枢反应电抗，/>为直轴同步电抗，/>为阻尼绕组电抗值，，/>为阻尼漏抗，/>为直轴暂态电抗，/>为计及定子绕组影响的阻尼绕组时间常数，/>为时间标幺值，/>为定子绕组时间常数；
画出投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：输入所需的发电机关键参数，计算出电制动短路开关合闸后转子绕组的电压值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：根据60%额度转速时测量到的定子绕组电压数据，获得投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程。
4.一种发电机投电制动转子过电压计算系统，其特征在于：包括采集器和处理器；采集器采集发电机参数；处理器按权利要求1-3任意一项所述的方法进行处理。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：还包括输入模块，输入模块输入所需的发电机关键参数，处理器计算出电制动短路开关合闸后转子绕组的电压值。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：还包括显示模块，处理器根据60%额度转速时测量到的定子绕组电压数据，获得投入电制动短路开关后转子绕组上的电压暂态过程，并在显示模块上显示。
7.一种电子设备，其特征在于：包括存储器、处理器以及在存储器上，并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至3中任一所述方法的步骤。
8.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至3中任一所述方法的步骤。
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