[发明专利]一种获取发电机组转子转动惯量的方法

说明书

本发明公开了一种获取发电机组转子转动惯量的方法，涉及发电机技术领域。所述获取发电机组转子转动惯量的方法，通过对传统甩负荷试验获取发电机组转子转动惯量误差大的引发机理进行分析，提出引入了机组甩负荷过程中所受阻力功率的能量转换平衡方程，通过联立方程求解，获取转子转动惯量；由于考虑了阻力因素，所获得的转子转动惯量的精度提高，有效减少了误差。

技术领域

本发明属于发电机技术领域，尤其涉及一种获取发电机组转子转动惯量的方法。

背景技术

电网稳定计算分析中发电机模型参数之一的发电机动能由发电机组转子转动惯量确定，工程中为了获得发电机组转子转动惯量，均采用机组甩负荷试验方法测量获取，然而试验过程中发电机组甩不同功率的负荷，计算出来的发电机组转子转动惯量并不一致，并且差别较大。针对获得的转子转动惯量偏差大问题，田丰提出甩负荷试验转子惯量计算方法研究，对转速飞升曲线采用三类函数进行拟合，求取转子的初始飞升速率，但是结果差别很大；蒋自国提出转动惯量的计算方法，应用微元法给出在三维欧式空间中质量曲线和质量立体对任意一条直线的转动惯量的计算公式，给出对坐标轴的转动惯量的简化计算公式；李慧鹏等提出基于阻尼比实时算法的转动惯量测量研究，利用振幅测量和阻尼比实时算法实时计算扭摆系统的阻尼比，从而测量转动惯量值；这类现有技术均未从引发转子转动惯量计算或测量偏差的机理出发开展研究。

以某额定功率为700MW级、额定转速107.143r/min、额定水头为140m的水轮发电机组为例，采用传统的甩负荷试验方法获取转子转动惯量：发电机组带负荷稳定运行，调速器处于自动运行方式，直接跳发电机出口开关甩负荷后带空载运行，厂用电由电网提供，发电机组甩负荷后水轮机转速由调速器自动调节，试验共进行了4个负荷点甩负荷，分别是180.380MW、350.025MW、530.860MW、692.059MW，转子飞升过程录波如图1所示；

在甩负荷试验过程中，传统方法假设全部的机械功率都将转化为动能存储在转子轴系内，通过动力学推导，机组的能量转化符合以下公式：

其中：J为发电机转子转动惯量(kg·m²)，ω₁由甩负荷后选定起始转速r₁(Hz)计算获得(rad/s)，ω₂由甩负荷后起始点后t秒机组转速r₂(Hz)计算获得(rad/s)，n₀为机组额定转速，P₀为甩负荷前机组功率(W)。

通过甩负荷试验数据如表1中的第2至5行数据，表中起始转速r₁、t时刻转速r₂和转速飞升时间t是根据甩负荷后转速飞升曲线，取曲线上斜率最大一段直线上的两点来确定的；根据式(1)可计算出发电机转子转动惯量，如表1中的第6行数据；从所计算出的发电机转子转动惯量计算值来看，随着甩负荷功率值的增大，其转动惯量逐渐减小，且越接近该发电机组转子转动惯量出厂设计值55000000kg·m²；表1中计算出的发电机转子转动惯量最大值和最小值差值为5537474kg·m²，差值达到出厂设计值的10.07％；在甩负荷值692.059MW接近额定负荷700MW时，发电机组转子转动惯量计算值最小，为59885220kg·m²，与出厂设计值仍有8.88％的偏差。

表1甩负荷试验数据与转子转动惯量传统方法的计算值