不同容量汽轮发电机负载非线性特性的对比研究

　　0 引言

　　同步发电机负载非线性特性与运行条件直接有关，即使在额定电压下，不同运行条件对应的铁心饱和程度与额定工况下的饱和程度也存在明显差异，有必要研究不同容量发电机在各种运行条件下非线性特性的共同特点，进而为研究发电机参数的变化提供理论基础。

　　国内外专家对发电机的饱和特性进行了广泛的研究。文献[1-3]研究由铁磁饱和及交叉磁化导致的非线性，用饱和因子考虑交叉磁化的影响。文献[4-7]从实测的运行数据出发进行参数辨识，得到随运行工况变化的参数，但对非线性产生的原因分析较少。文献[8-11]通过实验方法或计算方法获取了q 轴饱和特性或任意位置的负载饱和特性，但没有分析其与空载特性的差异。在 IEEE 标准[12]以及一些电力系统计算软件[13-14]中仍然采用空载特性代替负载饱和特性的方法来修正参数，这样有可能导致不容忽略的误差。文献[15]首次获得了满足一定运行条件下的 d、q 轴及任意位置的饱和特性曲线族。文献[16]研究多种运行条件下任意位置的饱和特性曲线族，指出运行条件对负载饱和特性的影响。文献[17]首次提出了汽轮发电机负载非线性是由铁磁饱和与磁场畸变双因素共同作用引起的。本文将负载饱和特性称为负载非线性特性，在以往研究 300 MW 发电机的基础上，以 135、200、300 和 600 MW 汽轮发电机为对象，研究不同容量汽轮发电机在不同运行条件下的负载非线性特性的共同点，揭示铁磁饱和与磁场畸变双因素非线性的普遍存在性。

　　1 典型负载非线性特性与空载特性的对比

　　1.1 概述

　　本文考虑电机的实际结构，以有限元方法为工具，通过“理论分析—典型计算—探求一般规律”3 个环节对比研究不同容量汽轮发电机的负载非线性特性。4 种发电机的额定参数和主要结构数据如 表 1 所示。

　　为了便于与传统计及饱和所用到的空载特性进行对比，采用定子绕组的感应电势(Efe)与合成磁势的关系来表述不同运行条件下汽轮发电机的非线性特性，其中合成磁势用合成电流的标幺值 I∑来表示，按式(1)[18]进行计算：

　　1.2 典型负载非线性特性与空载特性的对比

　　135 和 600 MW 汽轮发电机励磁电流为额定值IfN而功角δ 不同时的负载非线性特性曲线族分别如图 1、2 所示。

　　从图 1、2 可以看出，这 2 种汽轮发电机的负载特性与空载特性有明显的差别，负载特性向空载特性右下方偏移，200 和 300 MW[16]发电机也呈现相似的规律。表 2 给出 4 种发电机为产生额定感应电势按负载特性与空载特性得到的合成磁势之间的相对差值。