[发明专利]汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法

权利要求书

1.一种汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一：确定汽轮发电机的负序等效电路；

步骤二：确定发电机的磁矢量空间关系，当汽轮发电机外度不对称时，确定矢量空间效果；

步骤三：确定励磁绕组切向电磁力与电磁转矩的关系；

步骤四：确定励磁绕组切向电磁力的表达式；

所述步骤四具体为：

第一步：采用电磁转矩对汽轮发电机切向电磁转矩二次谐波分量进行研究；

第二步：当阻尼绕组和阻尼槽楔不存在时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉I_3-和I_4-所在支路，忽略R′_m和R′_f，转子励磁绕组负序电流相量通过下式表示：

转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表达：

当汽轮发电机负载不对称运行，且不存在阻尼绕组和阻尼槽楔绕组时，此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表达：

其中，L_m为定、转子磁动势矢量耦合等效在励磁绕组上的电感系数，为汽轮发电机不存在阻尼绕组和阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量，为定子绕组、转子励磁绕组基波负序磁动势矢量，和分别为定子绕组和转子励磁绕组基波正序磁动势矢量；

第三步：通过公式(4)整理得到下式：

第四步：当存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔时，在汽轮发电机等效电路基础上去掉了I_4-所在支路，忽略R′_m、R′_f和R′_d，通过下式表示

电流相量通过下式表达：

转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表示：

磁动势矢量通过下式表示：

第五步：当汽轮发电机负载不对称运行，且存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔绕组时，此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表示：

其中，为汽轮发电机存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量；

将式(10)和(11)代入(12)中整理得到下式：

第六步：当存在阻尼绕组和阻尼槽楔时，在汽轮发电机等效电路基础上忽略R′_m、R′_f和R′_d，通过下式表示：

电流相量通过下式表示：

转子励磁绕组基波负序磁动势矢量通过下式表示：

磁动势矢量通过下式表示：

第七步：当汽轮发电机负载不对称运行时，存在阻尼绕组和阻尼槽楔绕组时，则此时的转子励磁绕组的二次谐波切向转矩矢量通过下式表示：

其中，为汽轮发电机同时存在阻尼绕组和阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波切向电磁转矩矢量；

将式(19)和式(20)代入式(21)整理得到：

第八步：汽轮发电机励磁绕组总切向力的计算公式在不存在阻尼绕组和阻尼槽楔，存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔以及同时存在阻尼绕组和槽楔三种情况下，分别可以表示为：

其中，和分别为汽轮发电机不存在阻尼绕组和阻尼槽楔、存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔和同时存在阻尼绕组和阻尼槽楔时转子励磁绕组二次谐波总切向电磁力矢量；

步骤五：判断不同阻尼绕组和阻尼槽楔的连接形式，确定汽轮发电机励磁绕组切向电磁力对应的电抗关系；

所述步骤五具体为：

第一步：根据α＝I_-/I₊，得到下式：

其中，为t＝0时刻定子基波负序磁动势超前于定子基波正序磁动势的角度；

第二步：将式(26)代入(23)、式(24)和式(25)得到下式：

第三步：当在同一台汽轮发电机中不计磁场饱和的影响作用时，发生外部负载不对称时电感参数将不发生变化；式(27)、式(28)和式(29)中与计算汽轮发电机外部负载不对称励磁绕组二次谐波总切向电磁力相关的电抗间的关系通过式(30)和式(31)所示：

步骤六：在不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式下，判断汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系；

所述步骤六具体为：

判断不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式，汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系；通过下式确定汽轮发电机励磁绕组切向电磁力幅值间的关系：

其中，和分别为外部负载不对称电流不对称度和正序网络相同时汽轮发电机不存在阻尼绕组和阻尼槽楔、存在阻尼绕组不存在阻尼槽楔以及同时存在阻尼绕组和阻尼槽楔转子励磁绕组二次谐波总切向电磁力的幅值；

步骤七：建立同步发电机的仿真模型，根据实际尺寸建立同步放电机的物理模型，建立核电半速汽轮发电机的物理模型；

所述步骤七具体为：

第一步：根据实际尺寸建立同步发电机的物理模型，建立核电半速汽轮发电机的物理模型；

第二步：仿真模拟核电半速汽轮发电机负载不对称运行，使用瞬态磁场求解器；

第三步：使用有限元法仿真计算核电半速汽轮发电机外部负载不对称多工况运行，分别建立仿真模型模拟在正序网络为1/2额定负载和额定负载情况下，核电半速汽轮发电机的外部负载不对称运行；

第四步：在忽略电枢电阻的前提下，预先利用式(33)选取合适的内功率因数角σ

其中，U_N为定子额定电压，X_Q为交轴同步电抗，I为定子电流；

第四步：正序网络为1/2额定负载时I取I_N/2，正序网络为额定负载时I取I_N；在电枢侧施加的定子A相、B相和C相电流分别为如下式所示：

其中，i_A、i_B、i_C分别为定子A相、B相和C相基波电流的瞬时值；

第五步：通过反复地调节励磁电流的数值大小，经过逐次迭代使得得到的定子实际电枢电压U和实际正序功率因数满足如下式(35)和式(36)的要求：

其中，U为定子实际电枢电压，为额定功率因数，为电机实际的功率因数，ε_U为核电半速汽轮发电机电枢电压的相对误差，核电半速汽轮发电机功率因数的相对误差；

在有限元计算中，在正序网络为1/2额定负载和额定负载工况下，利用如下式(37)来控制电流不对称度的数值即负序电流的数值：

步骤八：通过实验对仿真模型的正确性进行验证；

步骤九：确定阻尼绕组和阻尼槽楔连接形式；

步骤十：采用有限元仿真方法，计算不同阻尼绕组和阻尼槽楔连接形势下，汽轮发电机励磁绕组切向电磁力；

步骤十一：在相同条件下，确定有限元仿真法与所述汽轮发电机励磁绕组切向电磁力影响的矢量分析方法计算的汽轮发电机励磁绕组切向电磁力是否具有一致性。