第十一章 同步发电机的三相突然短路和

1、第七节第七节 同步调相机及同步电动机同步调相机及同步电动机 发电运行 P10 Pem0 P20 Q0 0 E t x I j U I U 0 E t xI j I 调相运行 P10 Pem= 0 P2 =0 P1=P0+Pem Q0 一、从发电运行到电动运行的过渡 I 0 E t xI j U 电动机运行 P1=0 Pem0 P20 0cos, 0sin 2 0 mUIP x UE mp t em AX B C Y Z S N - + A BC q I d I I 0 E t x I j U 0sin 1 0 t em x UE mT 驱动性质驱动性质 二、同步调相机二、同步调相机 同步调相机

2、：空载运行的同步电动机同步调相机：空载运行的同步电动机 1、调相机运行、调相机运行 按发电机规定正方向按发电机规定正方向 U 0 E t x I j I t x I j U 0 E I U 0 E 过励状态过励状态 发出感性无功发出感性无功 欠励状态欠励状态 发出容性无功发出容性无功 按电动机规定正方向按电动机规定正方向 a r 0 E U t x I 负负 载载 0 E I a r U L z t x 发电机 t xI jUE 0 t xI jEU 0 U 0 E t x I j I U 0 E t x I j I t x I j 欠励状态欠励状态 吸收电网的感性无功吸收电网的感性无功 过励

3、状态过励状态 吸收电网的容性无功吸收电网的容性无功 作用：作用： 单纯向电网提供无功功率单纯向电网提供无功功率 安装地点：安装地点： 靠近负荷中心的变电站靠近负荷中心的变电站 IL TT JD IU 起动起动 异步起动或辅助电动机起动异步起动或辅助电动机起动 1.规定正方向规定正方向 二、同步电动机二、同步电动机 2.电势方程电势方程 t xI jEU 0 a r 0 E U t x I 负负 载载 0 E I a r U L z t x 发电机 t xI jUE 0 3.向量图向量图(按电动机惯例按电动机惯例) 0 E t x I j U a I 5.应用应用 拖动大型拖动大型恒速恒速机械负

4、载机械负载.可平衡电可平衡电 网的感性无功功率网的感性无功功率,提高电网功率因数提高电网功率因数 4.起动起动 异步起动异步起动 TD JD I IL IC U U I L I C I 第十一章第十一章 三相突然短路和异常运行三相突然短路和异常运行 第一节第一节 同步发电机的三相同步发电机的三相突然短路突然短路 现象现象: A X B Y C Z A B C n 定子铁心定子铁心 转子铁心转子铁心 定子绕组定子绕组 转子绕组转子绕组 直直 流流 电电 源源 三三 相相 交交 流流 电电 滑环滑环 N S 导体切割磁场方向导体切割磁场方向 12001200 1200 3.短路前后发电机的转速和励

5、磁电流不变，即空载电短路前后发电机的转速和励磁电流不变，即空载电 动势动势E0不变；不变； 2.短路发生在发电机的出线端，且三相对称；短路发生在发电机的出线端，且三相对称； 4.短路前发电机空载运行（即短路前发电机空载运行（即I=0） 1.磁路不饱和，可利用叠加原理；磁路不饱和，可利用叠加原理； 很大的短路冲击电流，短路电流最大值很大的短路冲击电流，短路电流最大值 达到额定电流的十几倍，后逐渐减小为稳态短达到额定电流的十几倍，后逐渐减小为稳态短 路电流路电流 假定假定: t K x E I 0 t K jx E I 0 0 E I a r U L z t x 一、突然短路后定子绕组电抗的变化一

6、、突然短路后定子绕组电抗的变化 )(X dt x 次暂态状态：次暂态状态： )(X dt x 暂态状态：暂态状态： )(X dt x 稳态状态：稳态状态： ddd XXX ddd jX E I Xj E I Xj E I 000 ddd jX E I Xj E I Xj E I 000 综上，突然短路后经过的几个阶段：综上，突然短路后经过的几个阶段： 二、突然短路的危害二、突然短路的危害 1.使定子绕组的端部受到很大的电磁力作用，引起绕组变使定子绕组的端部受到很大的电磁力作用，引起绕组变 形、过热。形、过热。 3.破坏系统的稳定性破坏系统的稳定性 2.使发电机转轴受到很大的电磁力矩作用使发电机

7、转轴受到很大的电磁力矩作用,引起转轴振动加剧。引起转轴振动加剧。 4.产生系统过电压产生系统过电压 5.产生高频干扰产生高频干扰 第二节第二节 同步发电机的不对称运行同步发电机的不对称运行 一一、不对称运行的原因不对称运行的原因-负载不对称负载不对称 0 EU L z 二、分析方法二、分析方法 -对称分量法对称分量法 正序：幅值相等、相序为正序：幅值相等、相序为ABC，相位互差，相位互差1200； 负序：幅值相等、相序为负序：幅值相等、相序为ACB，相位互差，相位互差1200； 零序：幅值相同、零序：幅值相同、相位相同相位相同。 c a b A I B I C I 正序分量正序分量 A I C

8、 I B I 负序分量负序分量 0A I 0B I 0C I 零序分量零序分量 1.负序电流产生的反向旋转磁场与转子负序电流产生的反向旋转磁场与转子转速大小相转速大小相 等、方向相反等、方向相反，将在转子的阻尼绕组和励磁绕组铁心表将在转子的阻尼绕组和励磁绕组铁心表 面中感应面中感应2f电动势和电流，电动势和电流，引起转子过热。引起转子过热。 三、危害三、危害 2.负序电流产生的反向旋转磁场与转子磁场间有负序电流产生的反向旋转磁场与转子磁场间有 2n1的相对速度，引起交变电磁转矩，导致的相对速度，引起交变电磁转矩，导致电机振动。电机振动。 3.导致电网三相电压不对称导致电网三相电压不对称,使电网

9、上的其他用户受使电网上的其他用户受 到损害。到损害。 第三节第三节 同步发电机的失磁运行同步发电机的失磁运行 一一、 同步发电机失磁时的电磁过程同步发电机失磁时的电磁过程 失磁的原因：失磁的原因： 失磁过程的分析：失磁过程的分析： tt x U m x UE mQ 20 cos sin 0 t em x UE mp 输出功率特点是：输出功率特点是： 0, 0 1 QPnn 二、失磁运行机制时各表计的指示情况二、失磁运行机制时各表计的指示情况 1、转子励磁电流表指示接近于零或等于零；转子励磁电流表指示接近于零或等于零； 2、定子电流表指示升高并有摆动；、定子电流表指示升高并有摆动； 3、有功功率

10、表指示减小并摆动；、有功功率表指示减小并摆动； 4、无功功率表指示为负，功率因数表指示进相；、无功功率表指示为负，功率因数表指示进相； 5、发电机母线电压下降并摆动。、发电机母线电压下降并摆动。 三、失磁运行的不良影响三、失磁运行的不良影响 1.对发电机的影响对发电机的影响 1） 转子各部件温度升高；转子各部件温度升高； 2）定子绕组温度升高。）定子绕组温度升高。 3.措施措施 1）快速减小出力到允许水平；）快速减小出力到允许水平； 2）电网应有相应的无功紧急储备，使电网电压不低于额定值）电网应有相应的无功紧急储备，使电网电压不低于额定值 的的90%； 3）定子电流平均值不得超过额定值的）定子

11、电流平均值不得超过额定值的1.1倍；倍； 4）定子端部结构部件和边段铁芯的温度不超过允许值；）定子端部结构部件和边段铁芯的温度不超过允许值； 2.对系统的影响对系统的影响 吸收电网的感性无功吸收电网的感性无功.使系统出现无功差额使系统出现无功差额 3.措施措施 1）快速减小出力到允许水平；）快速减小出力到允许水平； 2）电网应有相应的无功紧急储备，使电网电压不）电网应有相应的无功紧急储备，使电网电压不 低于额定值的低于额定值的90%； 3）定子电流平均值不得超过额定值的）定子电流平均值不得超过额定值的1.1倍；倍； 4）定子端部结构部件和边段铁芯的温度不超过允）定子端部结构部件和边段铁芯的温度不超过允 许值；许值； 5）转子损耗对内冷式发电机一般不超过）转子损耗对内冷式发电机一般不超过0.5倍额定倍额定 励磁损耗；励磁损耗； 6）失磁机组的厂用电不得额定值的）失磁机组的厂用电不得额定值的80%,低于此值低于此值 时自动切换到其他厂用母线上运行。时自动切换到其他厂用母线上运行。 第四节第四节 同步发电机的同步发电机的振荡振荡 em p 0 90 0 180 0 1 A 2 B 一一、 振荡的物理现象振荡的物理现象 二二、 振荡运行时各表计的