第十八章同步发电机的异常运行

第十八章同步发电机的异常运行1第一页，共二十五页，2022年，8月28日(unsymmetricoperationofsynchronousgenerator)前言：属于异常运行状态，即介于正常和具有破坏性的事故运行之间。不对称发生情况:不对称的危害:不对称的分析方法:第一节同步发电机的不对称运行2第二页，共二十五页，2022年，8月28日第一节同步发电机的不对称运行不对称的分析方法:同步发电机不对称运行时，电机中包括正序分量、负序和零序分量。不计饱和，三相不对称运行时可采用对称分量法将不对称电压和不对称电流分解为分解成正序、负序和零序三个对称系统，在不同相序中取其中一相的等效电路分析。3第三页，共二十五页，2022年，8月28日同步发电机正序电流流过三相对称绕组→产生圆形旋转磁场（n1，与转子同向）→与转子无相对运动→正序电抗即为三相同步发电机对称运行时的同步电抗。隐极机：x+=xs凸极机：x+介于xd及xq间，数值决定于正序旋转磁场与转子的相对位置。当发生三相对称稳态短路，电枢反应磁场在直轴，x+=xd（不饱合）。正序电阻r+=ra（每相定子绕组电阻）1.正序阻抗4第四页，共二十五页，2022年，8月28日n1n12f1i-F-负序电流经定子绕组，产生一负序圆形旋转磁场，速度为n1，方向与转子转向相反，以2n1切割转子，在转子中产生感应电势及电流i2，且频率：2n1相对于转子2.负序阻抗5第五页，共二十五页，2022年，8月28日F2与F-相对静止，这样转子绕组对定子绕组的影响可以看成变压器负边短路对原边绕组的影响。n1n12f1i-F-2n1相对于转子将转子励磁绕组，阻尼绕组及转子本身成一对称的多相短路绕组，多相电流流入多相绕组旋转磁场F2（n=2n1相对转子，方向为顺时针）F26第六页，共二十五页，2022年，8月28日这样与变压器x1对应的为定子漏抗x，对于隐极电机，与xm对应的为xa，与x2对应的为转子漏抗xf。忽略电阻，则隐极同步电机的负序电抗为r1

x１xmrm

x１xaxs-7第七页，共二十五页，2022年，8月28日r1

x１xmrm凸极电机：由于气隙不均匀，当负序磁场正对转子直轴，应同时考虑励磁绕组和阻尼绕组的影响。则与xm对应的为xad，与x2对应的为转子漏抗xf以及阻尼绕组的漏抗xD，则凸极同步电机的直轴负序电抗为：xd-xadxDa）当F-正对d轴8第八页，共二十五页，2022年，8月28日凸极电机：由于气隙不均匀，当负序磁场正对转子交轴，则与xm对应的为xaq，与x2只有阻尼绕组漏抗xD，则凸极同步电机的交轴负序电抗为：r1

x１xmrmxq-xaqxxDb）当正对q轴F-（q轴无励磁绕组漏抗）9第九页，共二十五页，2022年，8月28日转子上有阻尼绕组xD：为阻尼绕组漏抗且设各量已折到定子边，则直轴负序电抗为：xd-xadxD若直轴无阻尼绕组：10第十页，共二十五页，2022年，8月28日转子上有阻尼绕组xD：为阻尼绕组漏抗且设各量已折到定子边，则交轴负序电抗为：xq-xaqxxD若交轴无阻尼：11第十一页，共二十五页，2022年，8月28日可见，由于存在励磁绕组或阻尼绕组的作用，负序电抗总是小于同步电抗。从物理意义来说，负序磁场以两倍同步速相对转子旋转，转子上的励磁绕组和阻尼绕组都会感应两倍频率的电势和电流，按楞次定律，这些感应电流都产生削弱定子负序磁场的作用，使气隙中的负序磁场减小很多。由此可见，负序电抗标么值小于正序电抗标么值，但比定子漏抗标么值大。12第十二页，共二十五页，2022年，8月28日负序电抗x_与发电机外电路情况有关：(1)若发电机出线端直接外加负序电压，略去r则:(2）若发电机外加负电压，经过很大电抗xe接至定子绕组（3）若外电抗xe=x_,则13第十三页，共二十五页，2022年，8月28日一般同步发电机中，负序电抗的标么值约为：汽轮发电机为:没有阻尼绕组的水轮发电机为:有阻尼绕组的水轮发电机为:14第十四页，共二十五页，2022年，8月28日零序电流产生的三相合成磁势基波为：故只存在零序漏磁通零序电抗具有漏磁性质：3.零序阻抗15第十五页，共二十五页，2022年，8月28日第二节同步发电机的突然短路对称稳态运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，它同转子没有相对运动，因此不会在转子绕组中感应电流。同步发电机的突然短路是指发电机在原来正常稳定运行的情况下，发电机出线端发生三相突然短路。发电机从原来的稳态运行状态过渡到稳态短路状态。次暂态电抗和暂态电抗（理解）16第十六页，共二十五页，2022年，8月28日一.突然短路定子绕组的电抗的变化

为了分析简单起见，假设：不考虑机械过渡过程，电机的转速保持为同步速不变；电机的磁路不饱和；不考虑强励的情况，发生短路后，励磁系统的励磁电流始终保持不变；突然短路前为空载运行，突然短路发生在发电机的出线端。此时励磁绕组和阻尼绕组仅交链励磁磁通0。17第十七页，共二十五页，2022年，8月28日图18-8无阻尼绕组同步发电机正常稳态运行时磁链分解示意图18第十八页，共二十五页，2022年，8月28日稳定短路时电枢磁链的路径稳定短路时

端电压等于零，电枢反应为纯去磁作用。由定子电流所产生的电枢反应磁通与由转子电流所产生的磁通，大小相等，方向相反。电枢反应磁通所经的路线如图所示NSAX0adf19第十九页，共二十五页，2022年，8月28日（1）发生三相突然短路时，"ad要穿过转子，但励磁绕组及阻尼绕组均要维持穿过自己的磁链不变，故要感应出电流，抵消"ad的变化。所以"ad的路径如下图NSAX0fDNSAX0"adfDad1.直轴次暂态电抗20第二十页，共二十五页，2022年，8月28日另外还有电枢漏磁通路径NSAX0fDNSAX0"adfDad21第二十一页，共二十五页，2022年，8月28日超瞬变电抗x"dxadxxD凸极机：直轴次暂态电抗等效电路22第二十二页，共二十五页，2022年，8月28日暂态电抗NSAX0'adfD（2）由于阻尼绕组时间常数大，衰减快，当阻尼绕组中电流衰减完之后，此时NSAX0"adfD23第二十三页，共二十五页，2022年，8月28日x’dxadx凸极机：直轴