發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗測量法

發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗測量法
一、基本概念
在同步發(fā)電機(jī)正向同步旋轉(zhuǎn)，勵(lì)磁繞組短接，定子繞組端頭加上一組對(duì)稱的負(fù)序電壓，使定子繞組中流過負(fù)序電流時(shí)，同步發(fā)電機(jī)所表現(xiàn)的電抗就稱為負(fù)序電抗。負(fù)序電抗的標(biāo)么值大致為：柴油發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗的平均值為0.155；裝有阻尼繞組的發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗的平均值為0.24；沒有阻尼繞組的發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗的平均值為0.42。
1、負(fù)序電抗的數(shù)值范圍
當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組中流過負(fù)序基頻電流時(shí)，該電流產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場與同步旋轉(zhuǎn)磁場正好相反。因此，負(fù)序電流產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場同轉(zhuǎn)子之間相對(duì)轉(zhuǎn)速為二倍的同步轉(zhuǎn)速。負(fù)序電抗的大小取決于負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場所遇到的磁阻。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸、q軸的不對(duì)稱性，負(fù)序磁場所遇到的磁阻也不相同，但是通常負(fù)序電抗的數(shù)值范圍在xa~xq之間。
2、負(fù)序電抗的定義
由于在定子上既有一系列的偶次諧波（由iap生）。又有一系列的奇次諧波（由i1k-派生），因此負(fù)序電抗的準(zhǔn)確定義應(yīng)是定子繞組上的總的負(fù)序電壓的有效值與定子繞組上總的負(fù)序電流的有效值之比，也即：
由于高次諧波盡管存在，但是數(shù)值很小，并且高次諧波的次數(shù)越高，其數(shù)值也就越小，況且不易測量，在工程上一般忽略不計(jì)。因此，負(fù)序電抗的定義為：
二、負(fù)序電抗x2的測量方法
1、兩相穩(wěn)定短路測量法
兩相穩(wěn)定短路接線如圖1所示。先將定子繞組兩相穩(wěn)定短路，把被試發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，使定子電流達(dá)到0.15in左右，迅速測量兩相短路電流ik2、短路相與開路相之間的電壓u以及對(duì)應(yīng)于ik2、u的功率o，則負(fù)序阻抗和負(fù)序電抗。用這種測試方法無需外部電源，故較為簡單方便，且具有足夠的精確度。但對(duì)于無阻尼的凸極同步發(fā)電機(jī)來說，由于不對(duì)稱穩(wěn)態(tài)短路時(shí)電壓和電流的波形畸變較明顯，需計(jì)及它們的影響。
（1）測量注意事項(xiàng)
由于負(fù)序電流導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)熱，試驗(yàn)時(shí)短路電流應(yīng)限制在0.15in以內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)間不宜超過5min，如試驗(yàn)未完成。則應(yīng)降低勵(lì)磁電流，待發(fā)電機(jī)冷卻一段時(shí)間后，方可重新進(jìn)行試驗(yàn)。
（2）試驗(yàn)前檢查
試驗(yàn)前須檢查勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁變阻器是否在最大位置，合上勵(lì)磁開關(guān)時(shí)的電壓是否可能使發(fā)電機(jī)的短路電流超過0.15in值。若超過0.15in值，則須在勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組回路中串接附加電阻。
圖1 發(fā)電機(jī)兩相穩(wěn)定短路試驗(yàn)接線圖.
2、反向同步旋轉(zhuǎn)測定法
反向同步旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)接線如圖2所示。試驗(yàn)時(shí)轉(zhuǎn)速要求準(zhǔn)確地保持同步轉(zhuǎn)速，如果被試發(fā)電機(jī)的剩磁電壓超過電源電壓值的30％，則試驗(yàn)前應(yīng)將轉(zhuǎn)子去磁。為了避免勵(lì)磁繞組產(chǎn)生過高的電壓，試驗(yàn)前應(yīng)將轉(zhuǎn)子繞組短路。然后將被試發(fā)電機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速，并在定子繞組上外施額定頻率、三相對(duì)稱的低電壓，外施電壓相序應(yīng)使定子磁場的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。調(diào)節(jié)外施電壓，使定子電流為0.15in左右，測取線電壓u、線電流i和輸入功率p0，負(fù)序電抗x2按下式計(jì)算：
式中 i——三相定子電流的平均值，a；
u——三相外施電壓的平均值，v；
p——輸入總功率，w。
圖2 發(fā)電機(jī)反向同步旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)接線圖
3、用x"d、x"q計(jì)算x2值
定子負(fù)序電流所建立的磁場，在轉(zhuǎn)子回路里感應(yīng)兩倍額定頻率的電流，因此負(fù)序電流磁場實(shí)際上是沿著相當(dāng)于次暫態(tài)電抗的磁路而閉合。負(fù)序電抗x2是隨著時(shí)間在x"d和x"q之間變化著，因此在作簡化分析時(shí)，就可近似地用縱軸和橫軸超瞬變電抗的平均值來作為負(fù)序電抗x2。
4、試驗(yàn)方法比較
用x"d、x"q計(jì)算x2，簡單安全，測量精度高，一次試驗(yàn)可獲得兩種參數(shù)，但需外施電源。兩相穩(wěn)定短路法，不需外部電源，較為簡單，且具有足夠的精確度，但對(duì)于無阻尼的凸極同步發(fā)電機(jī)，由于受同步磁場高次諧波的影響，易引起誤差，故需進(jìn)行校正。
三、負(fù)序電抗與正序電抗的關(guān)系
1、發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗通常是正序電抗的一定比例。這是由于發(fā)電機(jī)的磁場分布不均勻，導(dǎo)致負(fù)序電抗與正序電抗之比通常在0.1至0.3之間。
2、隨著發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的不同，負(fù)序電抗與正序電抗的比值也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在輕載狀態(tài)下時(shí)，負(fù)序電抗與正序電抗之比會(huì)逐漸增大，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在滿載狀態(tài)下時(shí)，負(fù)序電抗與正序電抗之比則會(huì)逐漸減小。
3、在發(fā)電機(jī)內(nèi)部存在故障時(shí)，發(fā)電機(jī)的負(fù)序電抗與正序電抗之比也會(huì)發(fā)生變化。例如，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡或轉(zhuǎn)子斷條時(shí)，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)產(chǎn)生更大的負(fù)序電抗，從而使負(fù)序電抗與正序電抗之比變高。這就為發(fā)電機(jī)故障診斷提供了重要的參數(shù)。

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