水轮发电机负载短路故障的有限元解析.doc

水轮发电机负载短路故障的有限元解析 刘广1,2，姚缨英2 （1国网淄博供电公司，山东 淄博 256200；2．浙江大学 电气工程学院，浙江 杭州 310027） 摘要：为准确模拟水轮发电机负载短路故障时的运行状态，本文建立了考虑端部效应的水轮发电机场、路、运动耦合的二维时步有限元模型；用直接耦合的方法对水轮发电机的额定运行工况及在额定运行基础上发生的突然单相接地短路、两相短路和三相短路故障进行了分析，得到了各种工况下转矩、定子电流、以及阻尼绕组损耗等变量随时间变化的曲线；用间接耦合的方法对水轮发电机的转子三维温度场进行了暂态分析，得到了各种工况下的阻尼绕组温度分布；本文所作研究对大型水轮发电机的设计和运行具有非常重要的指导意义。 关键词：水轮发电机 短路故障 有限元 场路耦合 暂态温度场 中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号： Analysis of the load short-circuit fault of hydro-generator based on finite-element method Liu Guang1,2, Yao Ying-ying2 (1.Zibo Power Supply Company，State Grid，Zibo 256200，China； 2.College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China) Abstract: To accurately simulate the process of the load short-circuit fault of hydro-generator, a time stepped FE model coupled with field, circuit and movement was established. A direct coupling method was adopted to analysis the rated operating condition and the sudden single-phase ground short-circuit fault, sudden two-phase short-circuit fault, sudden three-phase short-circuit fault based on the rated operating condition, the curve of the torque, the stator current and the damper winding loss over time was obtained. An un-directed coupling method was adopted to the 3-D transient temperature field of the rotor, and the temperature distribution of the damper winding was obtained. The study has great important to the design and operator of hydro-generator. Key words: hydro-generator; short-circuit fault; finite-element; field-circuit coupled; transient temperature field 在电力系统中，突然短路故障是一种非常重要的瞬变过程。突然短路过程中会产生强大的冲击电流，并在发电机转子阻尼绕组中感生出涡流损耗，引起发电机转子的温升。强大的冲击电流和转子温升不仅对发电机本身和电力系统都有非常大的破坏力，而且还有可能破坏电网的正常运行，影响电网其他设备的正常工作。因此，对于发电机突 ____________________________收稿日期： 基金项目：国家自然科学基金资助项目然短路故障的研究对于发电机的合理设计和可靠运行，乃至整个电力系统的正常运行都具有十分重要的意义。 对电机突然短路故障分析的传统方法是解析法[1]-[4],这种方法分析短路过程概念清晰，但解析式推导难度较大，并且对电机参数的准确性要求较高，否则会造成较大误差；随着计算机与仿真技术的发展，动态仿真方法广泛的应用于发电机的短路故障分析[5]-[9]，该方法不需要复杂的物理概念，而且具有简单、准确、灵活的特点[10]，但其对磁路饱和、转子涡流以及磁场的畸变等非线性因素难以计及；近年来，有限元法开始应