一种发现汽轮发电机内负序分量对转矩与谐波影响规律的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发现汽轮发电机内负序分量对转矩与谐波影响规律的方法，具体 涉负序电流分量产生的磁场对转矩与谐波影响的计算。
【背景技术】
[0002] 当大型汽轮发电机容量持续增加时，材料的强度及性能并未得到同步的提升，这 样发电机的热稳定性就受到了制约，发电机的各个部件温度升高，对发电机的通风冷却技 术和材料的热稳定性有较高的要求；由于汽轮发电机的转速高，转子又是实心结构，发电机 气隙内的负序电流分量将会产生与转子转速同步、转动方向相异的旋转磁势，此磁势将会 在实心转子表面的大齿、小齿、槽楔以及护环、阻尼绕组内感应出二倍频的涡流，引起转子 发热，同时会在励磁绕组中感应出各次谐波，进一步加剧了转子的温升，由于负载的不对称 等因素会引起发电机的不对称运行，会引起转子中磁场的畸变，导致转矩脉动。
[0003] 现有技术对对大型汽轮发电机的影响的研究很多，但主要是从负序电流在转子表 面产生的热效应角度进行分析和研究，并没有对汽轮发电机负序运行时的转矩和气隙磁密 谐波进行计算与分析。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了解决大型汽轮机发电机转子受内负序量的制约而导致电机 热稳定性下降的问题，进而提供一种发现汽轮发电机内负序分量对转矩与谐波影响规律的 方法。
[0005] 本发明的技术方案是：为实现上述目的所采用的技术方案在于包括以下步骤：
[0006] 第一步、建立汽轮发电机模型；
[0007] 1建立模型的基本假设
[0008] 利用Ansoft仿真软件建立二维电磁场模型，为了使被求解区域内磁场的微分方 程和边界条件得以确定，作出如下假设：
[0009] 1)利用二维场模拟同步发电机内的磁场计算，同时假设发电机内的磁场为似稳 场，忽略位移电流。
[0010] 2)假设发电机的定子外表面圆周应用狄利克雷边界条件作为边界条件，且设其值 为零。
[0011] 3)假设电机的材料是各向同性的，即铁磁材料的磁滞效应被忽略不计。
[0012] 4)因温度的改变而导致的电导率变化忽略不计。
[0013] 2求解域模型的建立
[0014] 对四级汽轮发电机进行电磁场计算，取该发电机整个截面图为求解区域，对所求 区域进行有限元剖分，找到计算结果基本不随网格数变化的情形，得到计算区域剖分图。
[0015] 根据上述假设条件，建立核用汽轮发电机的二维电磁场的有限元模型。
[0016] 第二步、分析不同负序分量对转矩的影响；
[0017] 通过Ansoft Maxwel 12D瞬态求解器对汽轮发电机转子转矩进行分析，获得转矩随 负序分量的变化规律。
[0018] 第三步、分析不同负序含量变化对气隙磁密谐波的影响；
[0019] 改变负序的含量，仿真得出不同负序含量下汽轮发电机的气隙磁密。
[0020] 第四步、分析负序含量变化对磁密分布的影响；
[0021] 对发电机含负序分量运行下磁场畸变问题进行分析，得到负序含量变化对磁密分 布的影响。
[0022] 进一步地，第一步中所述的汽轮发电机为1266MW大型半速汽轮发电机。
[0023] 进一步地，第二步中瞬态求解器在求解过程中所依据的转动方程为：
[0024] J β + λ ω = Tconp+Tload
[0025] 式中，J是惯性力，单位是：kg · m2;T是转矩，单位是：N · m ; ω为角速度，单位是： rad/s;P为角加速度，单位是：rad/s2。
[0026] 本发明的有益效果为：本发明以1266MW大型半速汽轮发电机作为研究对象，利用 有限元软件建立发电机二维电磁场模型，对发电机在不同负序电流分量的情况下进行仿真 计算，对负序运行工况下的转矩进行了计算与分析，归纳分析了发电机气隙磁密谐波的规 律性变化。
【附图说明】
[0027] 图1为发电机求解区示意图；
[0028] 图2为计算区域的剖分图；
[0029] 图3额定工况下转矩图；
[0030] 图4额定工况下转矩频谱图；
[0031] 图5 1%负序运行转矩图；
[0032] 图6 1 %负序运行转矩频谱图；
[0033] 图7不同负序分量下的脉动转矩图；
[0034] 图8额定负载时气隙磁密谐波分解图；
[0035] 图9额定负载时气隙磁密谐波各谐波幅值；
[0036] 图10不同负序含量对应的气隙磁密各谐波幅值；
[0037] 图11转子不同位置选取示意图；
[0038] 图12 -种发现汽轮发电机内负序分量对转矩与谐波影响规律的方法步骤图；
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0039] 一：建立汽轮发电机模型
[0040] 1建立模型的基本假设
[0041] 利用Ansoft仿真软件建立二维电磁场模型，为了使被求解区域内磁场的微分方 程和边界条件得以确定，作出如下假设：
[0042] 1)利用二维场模拟同步发电机内的磁场计算，同时假设发电机内的磁场为似稳 场，忽略位移电流。
[0043] 2)假设发电机的定子外表面圆周应用狄利克雷边界条件作为边界条件，且设其值 为零。
[0044] 3)假设电机的材料是各向同性的，即铁磁材料的磁滞效应被忽略不计。
[0045] 4)因温度的改变而导致的电导率变化忽略不计。
[0046] 2求解域模型的建立
[0047] 对四级汽轮发电机进行电磁场计算，取该发电机整个截面图为求解区域，对所求 区域进行有限元剖分，找到计算结果基本不随网格数变化的情形，得到计算区域剖分图。
[0048] 根据上述假设条件，建立1266MW核用汽轮发电机的二维电磁场的有限元模型，确 定求解区域和给出边界条件，采用矢量磁位A z求解，整个场域Ω上，Az需满足如下边值问 题[10]:
[0050] 式中：
[0051] Jz为电流密度；μ为磁导率；σ电导率。
【具体实施方式】 [0052] 二：分析不同负序分量对转矩的影响；
[0053] 本文对转矩的分析是基于Ansoft Maxwell2D瞬态求解器实现的，瞬态求解器在求 解过程中所依据的转动方程为
[0054] J β + λ ω = Tconp+Tload
[0055] 式中，J是惯性力，kg ·