大容量异步电动机的短路反馈电流.pdf

贵州科学 1 9 9 7年 1 2月第 1 5 卷第 4期 Gu i z h o u S c i e n c e De c l 9 9 7 Vo l 1 5 No 4 2 8 0 2 8 5 2 8 0 2 8 5 D 诱大容量异步电动机的短路反馈电流 康 家义 溃 五 虿 丽 3 兽 屹 了 17 弓 口 摘要随着 电力技术的发展 火电机组的单机容量不断增大 使厂用辅机的异步电动机窖量随 之增大 太窖量异步电动机与小容量异步 电动机相比 它们的R x T等参数都有较大的差异 而 且这种差异随着容量的增大而愈显著 使其供给的短路电流初值的大小和在暂态过程中的变化规 律都不同 本文对大 小窖量异步电动机短路反馈电流的特点作了详细比较 并对太窖量异步电 短 釜 面 型 皇 矩照 馈 屯 关 键 词 大 容 量 异 步 电 动 机 反 馈 短 路 电 流 五 羔 冶 f摩 0 l J THE SHORT CI RCUI T F EEDB ACK CURRENT OF L ARGE CAP ACI T Y O F ASYNCHRONOUS EL E C TR I C A L MOT OR K a n g J i a G u i z h o u I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y Gu i y a n g 5 5 O 0 0 3 K a n g H u a n We n Y i Gu i y a n g No r t h C i t y E l e c t r i c a l P o we r B u r e a u Gu i y a n g 5 5 0 0 O 2 Ab s t r a c t Wi t h the d e v e l o p men t o f de c t r i c a l tec h n o l o g y the c a p a c i t y o f s i n g l e e l e c t r i c a l mo t o r i n h e a t e n g i n e p l a n t e x p a n d s c o n s t a n t l y A l o n g wi th i t t h e cap a c i t y o f the a s s i s t mo or u s e d i n h e a t e n g ine p l a n t e x p a nd s t o o Co mp a r e d wi t h the s ma l l c a p a c i t y a s y n c h r o n o u s e Mc t r i enl mo t o r the v a l t l o f R X TD in the l a r g e cap a c i t y a s y n c h r o l l o u s e l e c t r i c a l mo t o r arc r a t h e r d i ff e r e n t a n d the c a p a c i t y i s l a r g e r the d i ffe r e n c ei smo r e o b v i o u s S otha t thei mt i v a l u e a n dthe c h a n g el a w in s u s p en d e d s t a te o f the s h o r t c i r c u i t C W T entth at p r o v i ded b ythel arg e a n dthe s ma l l a s y l t c h r o u o u sde c l mo tor s a x e d i ff e r en t T h e c h a r a c t e r s o f the f e e d b a c k s h o f t c i r c u i t c u r r e n t tha t p r o vid e d b y the l arg e and t h e s ma l l a s y n c h r 0 n 0 l l s e l e c t r i c a l mo tor s are b e c o mp a r e d i n d e t ml an d the c a l c u l a t i o n o f t h e sh o r t c i r c u i t c u r r en t p r o v i d ed the l arg e a s y n c h r o n o u s i s d i s c u s s e d f u l l y i n thi s p a p e r Ke y wo r d s T h e l arg e cap a c i ty a s y a c h r o n o u s e 1 0 c t r i c a l mo t o r F end b a c k S h o r t c i rcu i t c l n T ent 收稿 日期 1 9 9 7 t 4 1 2 维普资讯 第 4期 康 家义等 大容量异步 电动机 的短路反馈 电流 2 8 1 1 大容量异步 电动机 的短路反馈 电流不容忽视 单机容量的迅速增大是现代 电力技术发展的重要标志 据统计 9 O年代 以后我 国各大 电 网新增的火 电机组绝大 多数容量是在 2 0 0 Mw 及 以上 已建和拟建 的核 电机组其容量也在 3 0 0 M W 及以上 它们是各电网的骨干机组 另外 就我国能源结构而言 火电和核电的装机 容量 占全 国各类发电厂总装机容量的 7 6 火 电占7 5 水电占 2 4 核 电接近 1 随着 火电和核 电单机容量不断增大 厂用系统的异步电动机容量不断增大 如容量为 3 0 0 MW 的 火电机组给水泵异步电动机的容量达 6 3 0 0 k W 且一段厂用母线上所接异步电动机的总功率 可达 1 5 MW 以上 当异步电动机定子绕组端点附近发生突然三相短路时 短路点的电压骤降 为零 而与 电动机转子绕组合成磁链成正比的 短路前后不突变的次暂态 电势 1 异步电 动机成为附加电源向短路点反馈短路电流 如果是在厂用母线上发生三相短路 异步电动机 供给的短路 电流往往 占总短路电流的三分之一 以上 对选择 电器设备有很大影响 2 异步 电动机 的短路反馈 电流 正常运行的异步电动机转差在 2 5 左右 可以近似看作同步运行 即角速度 1 短路 初期由于惯性 异步 电动机的转速变化很小 可以近似认为转速不变 因此异步电动机可以 近似看作欠激的同步发电机 当经过坐标变换 在 同一坐标系统中研究异步电动机 时 定子绕组和转子绕组间无相对 运动 其间的 电磁关系犹如变压器 由于异步 电动机转 子对称 其上只有一个短接的线 圈 异步电动机 定子绕组端 点三相短路时的等值电路与 电动机起动 时的等值 电路相同 如 图 l所 示 因为起动初瞬电动 机刚接入 电网 转子 尚未开始转动 转子绕组是短接 的 起动电流就 是短路电流 起动电抗就是转子绕组短接时定子侧的等值电抗 即 描述图 l 所示的电路可用如下微 分方程 d i s 1 嵋 式中 R R 分 别为定 转子绕组 的 电阻和 电感系数 分别为定 转子绕组的电流 定 转子绕组间的互感系数 显然 式 1 的解包括两项 其中一项是频 率接近于零的 电流 称短路电流的直流分量 图 l 异步电动机起动时的等值电路 另一项是频率接近 同步频率的交流 称短路电流的周期分量 由于无能源支持 它们都是 自 由分量 并分别按定 转子绕 组的时间常数衰减到零 设 电源的合闸相角为零 t并略去绕组的 电阻时 异步 电动机的短路反馈 电流为 用标么 维普资讯 2 R 2 贵 州 科 学 第 l 5 卷 制表 0 e c o s t e 2 式中一 是转 子绕组短路时定子绕组 的时间常数 7 是定子绕组短路时转子绕组 的时间常 数 困大容量异 步电动机定子绕组和转子绕组 折合到定子侧 的参数一般比较接近 因此 可以近似认为 于是式 2 可简化为 0 c o s t e 3 下面确定J 和 短路前瞬问 r o秒 用 的下标表示 的定子电流 o 一 式中 o 1 和 分别为异步 电动机短路前的端电压和次暂态 电势 短路后瞬问t o 秒 用l0 l 的脚标表示 时周期分量的初始幅值为 函 一万 一万 总短路 电流为 一 5 根据短路前后 电流不能突变的原理得 o 0 f 6 将式 6 代入式 3 得 毒 3 大容量异步 电动机 短路反馈 电流的特 点 3 1 次暂态 电流的数值大 异步电动机的次暂态电流 I 0 I k A 8 D 式中 称反馈电流倍数 它等于异步电动机的起动电流标幺值 小容量异步电动机 五 的 平均值一般取 5 0 大容量异步电动机取 5 5 6 0 这说明随着电动机容量的增大 次暂态 电抗 的平均值在减小 使大容量异步电动机反馈 的短路电流标幺值较大 另外 额定 电流 与容量成正比 大容量电动机有较大的 基于上述两个原因 大容量异步电动机反馈的 次暂态 电流数值较大 因此在选择 电气设备时不仅应考虑反馈 电流对力稳定 的影响 还应考 维普资讯 第4期 康家义等 太容量异步电动机的短路反馈电流 2 8 3 虑对开断 电流和热稳定的影响 小容量异步 电动机是忽略不计的 3 2衰减较慢 大容量异步电动机的参数 和 T c X R与小容量电动机不同 随着异步 电 动机容量的增大 短路电流衰减的时间常数 渐大 使短路 电流衰减较慢 图 2是小容量 异步 电动机的三相短路电流波形图 经计算 当 一 0 0 2 五 3 0 漏 磁 系数 0 0 5 3时短路反馈 电流约经 3 8周波 即消 逝 图 3是一台额定功率为 2 0 0 0 k W 的送 风机 异步电动 机定子绕组端点三相短路 的 电流波形图 仅画出一相 从图中看 出 该 电动机 的短路 电流 明显的 比小容 量异 步 电动机的短路 电流衰减慢 以致经 6 8周 波还有较大的值 由于衰减较慢 也使 同一 时刻的短路电流值较大 3 3 要考虑磁路饱和的影晌 在短路 电流 的计算 中 已作 过磁路不饱 和的假设 这对于短路反馈 电流较小的小容 量异步电动机是符合实际情况的 而对于大 容量异步电动机当短路 电流瞬时值很大 时 若不考虑磁路饱和的影响 就会出现不能容 许的误差 这是因为异步电动机定 转子间 的气隙只有 0 2 2 0 n l m 比发 电机的小得 多 当电流瞬时值很大 时 例如冲击 电流 出 现前后 部分漏磁通被迫穿过漏磁路的铁芯 部分 主要是齿项 闭合 从而使磁路严重 饱和 饱和后的漏抗 比未饱和时的值小 得多 导致相应时段 的电流增大 华东 电力 T 一 i 曲 1 J 忤 V V I J 图 2 小容量异步电动机三相短路电流波形 1 图 3 太容量异步电动机三相短路电流波形 系统 曾在 国产 3 0 0MW 机组的送风机和吸风机异步电动机 额定容量分别为 2 0 0 0 k W 和 2 5 0 0 k W 上作过三相短路试验 实测得到的冲击电流值均较理论计算值大 经分析认为是 磁路饱和引起的 为此提出了用饱和修正系数予以修正的办法 近似考虑磁路饱和对电动机 短路反馈 电流 时影响 3 4 应计及短路 电流热效应 三相短路 电流热效应 的计算公式如下 fD Zd t l 4 孚 1 e 撬 5 维普资讯 2 8 4 贵 州 科 学 第 l 5 卷 式中 秒短路 电流热效应 三 发电机供给的短路电流 次暂态电流和短路电流非周期分量衰减的时问 常数 f 异步电动机供给的短路电流 次暂态电流和短路电流衰减的时间常数 计算热效应的时间 对快速开关取 o I J s 中速开关取 0 1 5 s 小容量异步 电动机因 小且衰减快 其热效应是忽略不计的 而对大容量异 步电动机式 9 中的后两项将 占有相 当大 的比重 4 大容量异步 电动机反馈短路电流 的实用计算 4 1 次暂态电流 的计算 前己述及 K E Io I I v k A 式中的 是短路前 电动机的次暂态 电势 从相 量图得 s i n 0 0 图 4异步 电动机稳 态运 于 亍 向量 图 从式a c0 n 电动机从空载到满载 E 约在 1 o 0 9之间变化 对发电厂的厂用 高压异步电动机 由于 通常认为发电机短路前空载 则厂用电动机多处于轻 载状态 因此取 E io l l o 1 用电动机铭牌数据表示 将 表示为 KQ PD 3 C O S 式中 c 0 s p和 为电动机的功率因数和效率 它们之 积通常取值 0 8 P D N 和 分别为电动机的额定功率 和额定电压 对降压变电站配电母线上所接的高压异步电动 机 短路前多接近满载运行 宜取E o 9 计算公式同上 4 2 冲击 电流 的计算 大容量异步电动机供给的冲击电流数值很大 会使电动机的漏磁路严重饱和 利用饱和 修正系数 1 1 近似考虑其影响 i D 1 l a 2 K im D 4 3多台电动机的计算 在火电厂的厂用母线或用户变电站的配电母线上 大多数情况是接有多台异步电动机并 列运行 当该母线或某一 电动机支路突然三相短路时 所有并列运行的电动机将 同时向短路 点反馈短路电流 由于各台电动机的时间常数不同 短路电流衰减的规律亦不同 而且各台 电动机短路前电势的相位不一定相同 对上述差异在近似计算中应这样来处理 假设所有并 列运行的电动机短路前处于同一状态 全部空载或全部满载 而且它们的次暂态电势同相 位 这样 成组的异步电动机就可以用一个等值电动机来代替 等值电动机的额定功率为全 维普资讯 第4期 康家义等 大客量异步电动机 的短路反馈 电流 部被代替 电动机的额定功率之和 等值 电动机的其他参数为全部被代替 电动机 的相应参数 以 功率为权的加权平均值 如 一 i 这样一来 完全可以像计算单台电动机一样计算出等值 电动机的短路反馈电流 4 4 对接在网络中不同地点的异步电动机的处理 接在 电力系统 中