水轮发电机的飞轮力矩和机组的惯性时间常数

水轮发电机的飞轮力矩和机组的惯性时间常数
一．水轮发电机的飞轮力矩
绕定轴转动的物体都具有一定的转动惯量，转动惯量是物体在转动中的惯性大小的量度，即反映物体维持原有运动状态的能力。

转动惯量_，是指刚体内各质点的质量与其到转轴距离平方的乘积之和。

由转动惯量的定义可以看出，在质量相同的情况下，转动惯量与质量的分布有关，另外还与转轴的位置有关。

在一定大小的力矩作用下，转动惯量越大，角加速度越小，也就是角速度越不容易改变。

利用转动物体的这种性质，可以减少机组转速的周期性波动，并且在机组发生甩负荷时，机组的转速不至于急剧上升。

转动惯量对水轮发电机组的稳定，以及电力系统的稳定都有着极其重要的作用；因此，水轮发电机组的转动部分需要有一定的转动惯量。

一些小型机组因为转动部分的质量不够大，往往需要装设一个飞轮来增加转动惯量。

工程上往往用飞轮力矩GD2来代替转动惯量，而飞轮力矩并不等于转动陨量，它们之间的关系近似为GD2=4gJ。

转动部分的重量与其惯性直径平方的乘积称为飞轮力矩GD2，对于给定的刚体和转轴，它是一个常数。

GD2不能简单的看成是转子重量乘以某一直径的平方；只有在均质圆环的特殊情况下，才可以近似是这种关系。

由于飞轮力矩主要集中在发电机的转子，转子的飞轮力矩约占整个机组飞轮力矩的90％左右；所以常用发电机转子的飞轮力矩来代表机组转动部分的飞轮力矩。

如果飞轮力矩过大，不但使发电机的重量和尺寸加大，制造成本提高，并且还会恶化机组的调节性能，因而对电力系统的暂态过程和动态稳定也有很大的影响。

反之，若飞轮力矩太小，为限制转速上升率，则要求导叶加快关闭速度，这将使水轮机的引水压力管道的水压上升率升高。

因此GD2的值与机组的转速上升率、水压上升率，以及调节时间等参数相互矛盾又相互制约着。

当发电机的基本尺寸决定以后，GD2的数值可以按经验公式估算
GD2＝KD3.48L
式中D——定子铁芯内径，m；
L——定子铁芯长度，m；
K——经验系数，见表1-1。

表1-1 K 值表
转速（r/min）54.6～93.8 100～375 >375
K 4.7～5.1 4.9～5.3 5.1～5.5
二。

．机组的惯性时间常数
这是一个与转动惯量相联系的量，表示机组在额定转矩作用下，把转子从静止状态加速到额定转速所需的时间，用Tmec表示，单位为秒(s)。

Tmec的大小就表征了机组本身惯性的大小，可按下式计算
式中PN--额定功率，也有用额定容量(kV A)代替，kW；
nN——额定转速，r／min；
GD2——飞轮力矩，tm2。

从式中可以看出，惯性时间常数与飞轮力矩成正比，与额定转速的平方成正比，而与额定容量成反比。

我国水轮发电机组的惯性时间常数取值范围见表1-2。

表1-2 惯性时间常数的取值范围
额定转速(r／min) 750～428.6 375～200 <200
Tmec (s)
3～6 4～8 6～10。