阻尼结构分析

高速机组阻尼绕组结构型式的探讨

一、前言

水轮发电机设臵阻尼绕组可以抑制转子自由振荡，提高电力系统运行稳定性，削弱过电压倍数，提高发电机承担不对称负荷的能力和加速发电机自同期过程。但将导致电机结构复杂和用铜量的增加。尤其是对于高速机组设臵横向阻尼，其结构更为复杂。国内、外有不少制造厂往往采用不连续阻尼环，使结构简化。但横轴阻尼作用有所削弱。

本文结合泉州市龙门滩二级电站发电机SF13-10/3000的设计就高速机组阻尼绕组结构型式进行探讨。

二、不同阻尼结构对电气参数的影响

阻尼环结构可分为两大类：一是连续整圆结构；二是不连续的扇形结构。采用第二种结构型式，横轴阻尼作用显然被削弱了。这种结构差异在电机设计中直接影响到阻尼绕组横轴漏抗X kq的数值，从而影响到横轴超瞬变电抗X q″、负序电抗X2以及瞬变电流衰减的时间常数等的数值。导出它们的显函数是十分复杂的，且不易进行直观的判断。这里对SF13-10/3000发电机两种阻尼结构进行计算和比较，计算结果列于表一。

从表一可见，采用扇形阻尼环较之整圆阻尼环横轴超瞬变电抗X q″增大50％，负序电抗X2增大22.5％，瞬变电流衰减时间常数也有所增大。但是它们仍在常规的取值范围内，并非产生“离谱”的效果。

表一：两种不同阻尼绕组电抗及时间参数

三、不同阻尼结构对故障的影响

如前所述由于阻尼绕组结构不同，电机的电抗、时间常数不同，因而在事故工况下产生的过电压及过电流衰减的情况有所差别。现就几种事故工况进行分析。

单相突然短路故障状况与电机中性点接地方式有关。由于本机采取中性点不接地方式。即使单相失地，也不存在单相突然短路的问题。

三相突然短路时，阻尼绕组结构型式不同，对故障影响的效果，主要是突然短路电流中非周期分量衰减时间增大，扇形结构衰减时间为0.1445s较之整圆结构大19.6％…见表一‟，就其数值仍属于比较小的范围，通常电机的时间常数Ta为0.08～0.32s。可见不同阻尼结构对三相突然短路的故障效果影响不大。换言之，扇形结构的阻尼绕组对于三相突然短路的故障是能适应的。

对于两相突然短路，阻尼绕组结构不同影响较多。现把计算列于表二。从表二中可以看出，采用扇形结构较之整圆结构好处是突然短路电流减小，最大脉振转矩减小；弊处是衰减时间变长，平均力矩变大，开路相的过电压变大。

脉振力矩小，使电机经受的机械冲击小。对电机避免因短路而造成剧烈振动和机械性冲击是很有利的。

平均转矩对应于定、转子中的短路铜耗，对电机造成后果是不大的。短路电流变小，衰减时间变大，I2t关系计算短路电流对定子绕组产生热冲击，计算结果列于表三。从表三可见采用扇形结构对短路电流的热冲击比较小。