QNSN-1100-4型发电机励磁电流计算.doc

QNSN-1100-4型1100MW发电机励磁电流计算分析赵伟 上海电气电站设备有限公司发电机厂咸哲龙 李立军 上海电气电站技术研究与发展中心摘要：发电机在额定工况下的转子励磁电流，直接影响发电机转子绕组温升计算、发电机效率和发电机励磁系统性能等重要参数的确定。本文通过采用不同的计算手段，对核电1100MW、四极发电机在额定工况下的转子励磁电流进行了计算分析，以确认较为可靠的结果，对发电机新产品的开发设计中，转子温升，发电机效率，励磁系统性能等的确认，提供了较为可靠的科学依据。文中的励磁电流计算方法，也可作为设计人员的参考。关键词：汽轮发电机，转子励磁电流，保梯电抗前言2008年4月，上海电气获得百万级核电项目发电机合同。上海电气电站设备有限公司上海发电机厂将为业主提供额定输出功率1100MW、0.9PF（滞后）的四极发电机。为确保核电站发电机的安全可靠性，上海发电机厂以1985年投运的某台4极原型发电机为基础，开发设计百万级核电1100MW，0.9PF（滞后）的四极发电机。在1100MW、四极发电机的设计计算中，对于在额定工况下的转子励磁电流，曾采用FE-EXCITE，和ANSYS有限元计算方法，分别对发电机的空载特性进行了分析计算，并与1330MVA、功率因数0.85原型发电机的计算值和试验值进行了综合比较，发现对于励磁电流的确定有较大的差异。原型发电机在1330MVA，0.85PF工况下，根据电磁计算单和试验报告，励磁电流计算值为9064A，试验值为8507A。由于在额定工况下的转子励磁电流，直接影响发电机转子绕组温升计算，发电机效率和发电机励磁系统性能等重要参数的确定，因此在开发设计阶段，较准确的确定发电机在额定工况下的转子励磁电流，不但有利于发电机性能等计算，且能够为发电机的客户提供更准确的性能数据。额定工况下转子励磁电流的计算考虑到我们设计的1100MW四极发电机与1330MVA原型发电机的主要电磁尺寸仅进行了微小的调整，对发电机的所有参数，包括发电机的空载和短路特性，几乎不构成任何影响。为此，我们再采用1330MVA原型发电机的计算值，试验值和试验特性，分别对1330MVA四极原型发电机的转子励磁电流进行复算比较，并以这些计算值，试验值参数和空载、试验特性分别对1100MW新设计的四极发电机，在额定工况下的转子励磁电流进行计算。（1330MVA原型发电机的试验报告中，无发电机保梯电抗Xp的数值，因此我们从该报告的空载特性曲线中，查取当时试验人员所画的Ep数值，并再从该报告的转子励磁电流值两方面反算保梯电抗Xp。）1. 1330MVA原型发电机的计算值，复算1330MVA原型发电机的转子励磁电流1.1 按1330MVA原型发电机的原计算值： 发电机同步电抗 保梯电抗 空载额定电压时的气隙磁势 空载额定电压时的饱和磁势 2倍空载额定电压时饱和磁势下，定子电压上升比 转子总匝数 W2=1161.2 计算Ed 1.3计算Ep1.4计算m 1.5 计算发电机负载磁势 1.6 计算发电机负载时的励磁电流 2. 用1330MVA原型发电机的计算值，计算1100MW新设计发电机的转子励磁电流2.1 按1330MVA原型机的原计算值，计算1100MW 时的有关参数： 发电机同步电抗 保梯电抗 空载额定电压时的气隙磁势 空载额定电压时的饱和磁势 2倍空载额定电压时饱和磁势下，定子电压上升比 转子总匝数 W2=1162.2 计算Ed 2.3计算Ep2.4计算m 2.5 计算发电机负载磁势 2.6 计算发电机负载时的励磁电流 3. 用1330MVA原型发电机的试验数据，复算1330MVA原型发电机的转子励磁电流。根据原型发电机的试验报告，气隙励磁电流是取空载特性前三点的平均值。根据原型发电机试验报告中的短路特性，短路励磁电流为D轴同步电 按1330MVA原型发电机的转子励磁电流试验值8507A，和发电机试验空载特性中查取当时试验人员所画的Ep数值，反求定子绕组的保梯电抗Xp：3.1 根据原型发电机试验报告，从空载特性中查得，EP=29200V，Ep=29200/24000=1.2167，由可求得保梯电抗，并从空载特性上查得Ifs=1800，则在1330MVA 时，励磁电流应为IfN=7252+1800=9052A。3.2 根据原型发电机试验报告中的励磁电流试验计算值IfN=8507A，可求得Ifs= IfN-Ifd=8507-7252=1254A从原型发电机试验的空载特性查得，当Ifs为1254A时，对应的空载电压约为EP=28200V，求得Ep =28200/24000=1.175，由可求得保梯电抗Xp=0.2845上述分析，根据不同的保梯电抗0.2845和0.3437，可求得原型发电机有IfN=9052A和 IfN=8507A两种用试验值计算的励磁电流。4. 按上述1330MVA原型发电机试验数据，求得的两种不同的保梯电抗，计算1100MW，0.90PF新设计发电机的转子励磁电流。根据原型发电机试验短路特性，1100MW.0.90PF时短路励磁电流为因此，4.1 按原型发电机1330MVA时保梯电抗0.3437，求得新设计发电机在1100MW，0.9PF时对应的空载电压为EP=28142V，从空载特性查得Ifs为1220A，求得在1100MW.0.90PF时，转子励磁电流IfN = Ifd+ Ifs =6650+1220=7870A。4.2 按原型发电机1330MVA时保梯电抗0.2845，求得新设计发电机在1100MW，0.9PF时对应的空载电压为EP=27324V，从空载特性查得Ifs为950A，求得在1100MW,0.90PF时，转子励磁电流IfN = Ifd+ Ifs =6650+950=7600A。5. 发电机在额定负载下，采用不同方法计算的励磁电流汇总见表1表1 不同方法计算的发电机转子励磁电流（A）采用1330MVA的计算值复算采用1330MVA的试验数据复算Fe-EXCITEANSYS 有限元1100MW7844787076008199.78201330MVA90649052850794379030注： 在1330MVA时，保梯电抗Xp=0.3437在1330MVA时，保梯电抗Xp=0.2845结论从用1330MVA原型发电机的试验数据，复算1330MVA原型发电机的转子励磁电流中发现，在1330MVA原型发电机的试验报告中，额定工况下发电机转子励磁电流8507A似乎偏小，因为从该励磁电流反求保梯电抗，求得Xp=0.2845，与试验报告中发电机的直轴超瞬变电抗Xd=0.3564相比，显得保梯电抗偏小。一般来说，保梯电抗与直轴超瞬变电抗较接近，而从试验报告中空载特性中，查得EP=29200V，反求保梯电抗Xp=0.3437较为合理，且与设计值也较相近。按此保梯电抗，求得新设计发电机在1100MW，0.9PF工况下的转子励磁电流7870A，与采用1330MVA原型发电机的计算值复算，及采用ANSYS 有限元计算的转子励磁电流都较相近，按此可以推断，在1100MW，0.9PF工况下，发电机的转子励磁电流选用7870A，是较可靠的，并还有一定的裕度。采用Fe-EXCITE的计算程序，在1100MW，0.9PF工况下，新设计发电机的转子励磁电流为8199A，在所有的计算结果中，是偏大的。新设计的核电1100MW发电机，在转子励磁电流为8199A时，转子温升、发电机效率和励磁系统性能等已经都可满足用户的要求，考虑到为统一