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1、第20章同步发电机的不正常运行第第2020章同步发电机的不正常运行章同步发电机的不正常运行对称负载对称负载大容量的单相负载，不对称运行状态。输电线中大容量的单相负载，不对称运行状态。输电线中出现一相断线等不对称故障出现一相断线等不对称故障稳态对称运行时，电机的输入功率总与输出功率稳态对称运行时，电机的输入功率总与输出功率相平衡，电机端电压相平衡，电机端电压U U和励磁电势和励磁电势E E0 0之间有着固定之间有着固定的相角差的相角差。从一个稳定运行状态突变至另一稳定运行状态所从一个稳定运行状态突变至另一稳定运行状态所经历的过程成为经历的过程成为瞬变过程瞬变过程。第20章同步发电机的不正常运行2
2、0.120.1不对称运行的分析方法不对称运行的分析方法 负载不对称时，合成电枢磁势不再是一个幅值不负载不对称时，合成电枢磁势不再是一个幅值不变的圆形旋转磁势，其电枢反应情况较对称运行变的圆形旋转磁势，其电枢反应情况较对称运行时复杂得多时复杂得多对称分量法，即把一组不对称的三相电流对称分量法，即把一组不对称的三相电流( (或电压或电压) )分解成三组对称的电流分解成三组对称的电流( (或电压或电压) )分量：即正序分分量：即正序分量、负序分量和零序分量。用这个方法时假设电量、负序分量和零序分量。用这个方法时假设电路是线性的，忽略了磁路饱和现象。路是线性的，忽略了磁路饱和现象。 励磁电势励磁电势E
3、 EA A、E EB B、E EC C只与励磁磁势的转向有关只与励磁磁势的转向有关, , 所所以只有正序分量。以只有正序分量。第20章同步发电机的不正常运行每相都可以列出三个相序的电势平衡方程及画出每相都可以列出三个相序的电势平衡方程及画出它们的等值电路。励磁电势只在正序的电势平衡它们的等值电路。励磁电势只在正序的电势平衡方程中出现。方程中出现。 各相序电流流过电枢绕组时的电枢反应情况，反各相序电流流过电枢绕组时的电枢反应情况，反映在等值电路和方程式中是各相序电流遇到不同映在等值电路和方程式中是各相序电流遇到不同的阻抗。的阻抗。 以以A A相为例，各相序的电势平衡方程式为：相为例，各相序的电势
4、平衡方程式为： E EA A=U=UA+A+Z+Z+ +I IA+A+ 0=U 0=UA-A-+Z+Z- -I IA-A- 0=U 0=UA0A0+Z+Z0 0I IA0A0 适合于任何不对称负载或短路情况。知道不对称适合于任何不对称负载或短路情况。知道不对称的电流情况就能解出不对称的电压。的电流情况就能解出不对称的电压。第20章同步发电机的不正常运行第20章同步发电机的不正常运行不对称运行不对称运行三相负载不对称三相负载不对称分析方法分析方法对称分量法对称分量法第20章同步发电机的不正常运行对称分量法对称分量法把不对称的三相系统分解为三把不对称的三相系统分解为三个独立的对称系统，个独立的对称
5、系统，即正序系即正序系统、负序系统和零序系统统、负序系统和零序系统对称分量合成第20章同步发电机的不正常运行不对称运行不对称运行三相负载不对称三相负载不对称分析方法分析方法对称分量法对称分量法电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生电枢反应磁势为椭圆形磁势，产生椭圆形椭圆形旋转磁场旋转磁场第20章同步发电机的不正常运行不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势不对称三相电流流过对称三相绕组的基波磁势将不对称的三相系统分解为三个对称的系统，即正将不对称的三相系统分解为三个对称的系统，即正序系统、负序系统和零序系统。序系统、负序系统和零序系统。每相电流分解为三个分量，每相磁势也可分解为三每相电流分解为三个分量
6、，每相磁势也可分解为三个分量。个分量。当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁势，当正序电流流过三相绕组时，产生正向旋转磁势，亦称正序旋转磁势亦称正序旋转磁势当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转磁势当负序电流流过三相绕组时，产生负向旋转磁势第20章同步发电机的不正常运行椭圆形旋转磁势椭圆形旋转磁势当电流为一不对称的三相电流，合成磁势将有两个当电流为一不对称的三相电流，合成磁势将有两个分量，正序分量和负序分量，各以同步速向相反方分量，正序分量和负序分量，各以同步速向相反方向旋转。在任一瞬间的合成磁势仍按正弦分布，用向旋转。在任一瞬间的合成磁势仍按正弦分布，用旋转矢量表示为空间矢量和，不同时刻，
7、有不同的旋转矢量表示为空间矢量和，不同时刻，有不同的振幅，其端点轨迹为一椭圆振幅，其端点轨迹为一椭圆第20章同步发电机的不正常运行第20章同步发电机的不正常运行1 1 正序分量正序分量产生正序旋转磁场产生正序旋转磁场同步转速同步转速转子同步转速转子同步转速不在转子绕组中感应电势，即同步电机的对称运不在转子绕组中感应电势，即同步电机的对称运行情况，正序电抗即同步电抗行情况，正序电抗即同步电抗正序电抗采用不饱和值正序电抗采用不饱和值第20章同步发电机的不正常运行2 2 负序分量负序分量产生负序旋转磁场产生负序旋转磁场同步速，反向同步速，反向转子同步速转子同步速相对运动速度为相对运动速度为2n2n1
8、 1，在转子绕组中感应，在转子绕组中感应f f2 2=2f=2f1 1的的交变电势，起削弱负序磁场的作用，使气隙中的交变电势，起削弱负序磁场的作用，使气隙中的合成负序磁场减弱，相当于异步电机的转子短路合成负序磁场减弱，相当于异步电机的转子短路情况，等效电抗很小。情况，等效电抗很小。第20章同步发电机的不正常运行负序电流的副作用负序电流的副作用1.1.负序负序感应电流，产生附加的转子铜损耗感应电流，产生附加的转子铜损耗2.2.负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附加负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附加表面损耗表面损耗3.3.负序磁场与正序磁场相互作用，产生负序磁场与正序磁场相互作用，产生2f
9、2f1 1频率的频率的交变电磁转矩，引起振动交变电磁转矩，引起振动规定：在额定负载连续运行时，汽轮发电机三相电流之差，规定：在额定负载连续运行时，汽轮发电机三相电流之差，不得超过额定值的不得超过额定值的1010：水轮发电机和同步补偿机的三相电：水轮发电机和同步补偿机的三相电流之差，不得超过额定值的流之差，不得超过额定值的2020，同时任一相的电流不得大，同时任一相的电流不得大于额定值。于额定值。 第20章同步发电机的不正常运行零序分量零序分量三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生零三相零序基波磁势合成为零，在气隙中不产生零序磁场。序磁场。各相电枢绕组中的零序电流分量在各相绕组周围各相电枢绕组
10、中的零序电流分量在各相绕组周围产生产生零序零序漏磁通漏磁通零序电抗为漏电抗零序电抗为漏电抗第20章同步发电机的不正常运行同步电机的各序等效电路同步电机的各序等效电路励磁电势励磁电势由于电机电枢绕组结构的对称性由于电机电枢绕组结构的对称性是是对称正序电势对称正序电势电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不电枢反应电势与电枢电流性质有关，用不同的电抗表示同的电抗表示 正序阻抗正序阻抗 负序阻抗负序阻抗 零序阻抗零序阻抗第20章同步发电机的不正常运行 正序阻抗正序阻抗稳态运行时，正序磁场与转子无相对运动，正序稳态运行时，正序磁场与转子无相对运动，正序阻抗即同步电抗阻抗即同步电抗隐极机隐极机凸极机凸极机短
11、路时，正序电流为纯感性电流，短路时，正序电流为纯感性电流，9090第20章同步发电机的不正常运行 负序阻抗负序阻抗当转子正向同步旋转，励磁绕组短路，电枢加当转子正向同步旋转，励磁绕组短路，电枢加上对称的负序电压时，负序电枢电流所遇到的上对称的负序电压时，负序电枢电流所遇到的阻抗阻抗从电磁关系来看，同步电机如一台转差率从电磁关系来看，同步电机如一台转差率s=2s=2的异步电动机的异步电动机 第20章同步发电机的不正常运行不计定、转子电阻。不计定、转子电阻。X X11为定子漏抗为定子漏抗,X,XFF为励磁为励磁绕组漏抗绕组漏抗,X,XZZ为阻尼绕组漏抗。励磁绕组放置在为阻尼绕组漏抗。励磁绕组放置在
12、直轴磁路上直轴磁路上, ,所以交轴电抗中不出现励磁漏抗。所以交轴电抗中不出现励磁漏抗。X Xd-d-为直轴等效电抗为直轴等效电抗,X,Xq-q-为交轴等效电抗为交轴等效电抗 第20章同步发电机的不正常运行凸极直轴磁路与交轴凸极直轴磁路与交轴磁路的磁阻是不同的磁路的磁阻是不同的, , 负序电抗的数值将介负序电抗的数值将介于于X Xd-d-和和X Xq-q-之间作连续之间作连续周期性变化周期性变化, ,利用对称分量法无法利用对称分量法无法计及负序电抗的变化计及负序电抗的变化, ,计算时取两个轴上电计算时取两个轴上电抗的平均值来作为负抗的平均值来作为负序电抗的近似值序电抗的近似值: : X X- -
13、=(X=(Xd-d-+X+Xq-q-)/2 )/2 第20章同步发电机的不正常运行零序电抗零序电抗XX0 0 零序电流流过定子绕组时零序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序电所对应的电抗就是零序电抗。抗。 气隙中的三相合成磁势为气隙中的三相合成磁势为零。零。忽略电枢电阻忽略电枢电阻 X X0 0=U=U0 0 / (3I / (3I0 0) ) 第20章同步发电机的不正常运行零序阻抗零序阻抗合成谐波脉动磁势，对零序阻抗产生影响，且随合成谐波脉动磁势，对零序阻抗产生影响，且随转子位置（直轴、交轴）的变化而产生脉动，性转子位置（直轴、交轴）的变化而产生脉动，性质为漏抗性质（谐波漏抗）质为漏抗性质
14、（谐波漏抗）每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。每相绕组周围产生漏磁通，影响零序阻抗。第20章同步发电机的不正常运行20.220.2稳态不对称短路分析稳态不对称短路分析1.1.单相稳定短路单相稳定短路 短路电流中的高次短路电流中的高次谐波：在定子边有奇谐波：在定子边有奇次谐波电压和电流，次谐波电压和电流，在转子边有偶数次谐在转子边有偶数次谐波电压和电流。（根波电压和电流。（根据反向旋转磁场的电据反向旋转磁场的电磁感应）磁感应）假设：非短路相空载假设：非短路相空载第20章同步发电机的不正常运行单相对中点短路第20章同步发电机的不正常运行根据各相的电流根据各相的电流, ,求出各相序的电压为求出各
15、相序的电压为 负序电抗和零序电负序电抗和零序电抗比正序电抗小得抗比正序电抗小得多多, ,故单相短路电流故单相短路电流比三相稳态短路电比三相稳态短路电流大流大, ,其比值接近其比值接近3 3 。 第20章同步发电机的不正常运行2.2.两相线对线短路两相线对线短路 两相线对线短路第20章同步发电机的不正常运行由于由于U UA+A+=U=UA-A-两相线对线短路电流大约为三相短路电流的两相线对线短路电流大约为三相短路电流的1.7321.732倍。倍。第20章同步发电机的不正常运行短路情况比较短路情况比较 例例 汽轮发电机各序阻抗为汽轮发电机各序阻抗为x x+ +=1.62=1.62，x x- -=0
16、.155=0.155，x x0 0=0.056=0.056；计算出计算出 I Ik1 k1 : I: Ik2 k2 : I: Ik3k3=2.64 : 1.58 : 1=2.64 : 1.58 : 1在同一励磁电势在同一励磁电势E E0 0下，单相稳定短路电流最大，两下，单相稳定短路电流最大，两相次之，三相最小。相次之，三相最小。大型同步发电机中点往往是通过接地电阻或电抗线大型同步发电机中点往往是通过接地电阻或电抗线圈接地，因此，实际上单相稳定短路电流并不总圈接地，因此，实际上单相稳定短路电流并不总是最大。是最大。第20章同步发电机的不正常运行在在隐隐极极式式电电机机中中，整整块块转转子子的的
17、阻阻尼尼作作用用强强，负负序序旋旋转转磁磁场场被被削削弱弱得得较较多多，谐谐波波电电流流的的振振幅幅较较小小，相相应应不不对对称称运运行行带带来来的的不不良良影影响响有有所所改改善善。负负序序电电抗抗显显著著减减小小，不不对对称称负负载载引引起起的的端端电电压压不不对对称称将降低。将降低。在没有阻尼绕组的凸极式电机中，由于极面和极在没有阻尼绕组的凸极式电机中，由于极面和极芯常用钢片叠成，故负序旋转磁场的削弱程度不芯常用钢片叠成，故负序旋转磁场的削弱程度不大，谐波电流就有较大的振幅。大，谐波电流就有较大的振幅。定子电流中的主要谐波为三次谐波，转于电流中定子电流中的主要谐波为三次谐波，转于电流中的
18、主要谐波为二次谐波，次数较高的谐波则因振的主要谐波为二次谐波，次数较高的谐波则因振幅小，作用不大幅小，作用不大 第20章同步发电机的不正常运行写出不对称写出不对称运行时的边运行时的边界条件界条件根据边界条件利用对称分根据边界条件利用对称分量法求电压电流的各相序量法求电压电流的各相序分量分量合成各序电压和电流合成各序电压和电流求出各相（线）实际求出各相（线）实际电压和电流电压和电流 分析同步发电机负载不对称运行分析同步发电机负载不对称运行时基本思路：时基本思路： 利用各序电流和利用各序电流和电压的关系作出电压的关系作出统一等效电路统一等效电路 利用等效利用等效电路求解各电路求解各序电压和电序电压
19、和电流流第20章同步发电机的不正常运行不对称运行对同步发电机的影响不对称运行对同步发电机的影响1 1、对同步发电机本身的影响、对同步发电机本身的影响引起发电机转子过热；引起发电机转子过热；产生附加转矩，引起转子振动；产生附加转矩，引起转子振动；2 2、对电力系统的影响、对电力系统的影响3 3、阻尼绕组在发电机不对称运行时的作用、阻尼绕组在发电机不对称运行时的作用对用户的损害，特别是异步电动机负载；对用户的损害，特别是异步电动机负载；对与输电线路平行的通讯线路的干扰；对与输电线路平行的通讯线路的干扰；可以有效削弱负序磁场；可以有效削弱负序磁场；负序电抗的变小，使得不对称运行引起的电网负序电抗的变
20、小，使得不对称运行引起的电网端电压不对称程度也减小。端电压不对称程度也减小。第20章同步发电机的不正常运行20.3 20.3 三相突然短路的分析三相突然短路的分析从突然短路到进入稳态短路的过程所持续的时间从突然短路到进入稳态短路的过程所持续的时间很短很短, , 冲击电流可高达额定电流的冲击电流可高达额定电流的10102020倍倍, , 在在电机内产生极大的电磁力，这种电磁力可能会扯电机内产生极大的电磁力，这种电磁力可能会扯断电机绕组的端部或将转轴扭弯。断电机绕组的端部或将转轴扭弯。第20章同步发电机的不正常运行突然短路的物理概念突然短路的物理概念 条件：条件： 同步速，有励磁电流，定子绕组有感
21、应电势同步速，有励磁电流，定子绕组有感应电势类别类别: :空载三相、单相、两相突然短路空载三相、单相、两相突然短路定子绕组内部短路（相间、匝间短路）定子绕组内部短路（相间、匝间短路）空载三相突然短路与稳态短路的主要区别空载三相突然短路与稳态短路的主要区别突然短路电流十倍以上，具有极大破坏性突然短路电流十倍以上，具有极大破坏性稳态短路电流稳态短路电流1 1倍左右，属于正常试验项目倍左右，属于正常试验项目第20章同步发电机的不正常运行1.1.超导体闭合回路磁链不变原则超导体闭合回路磁链不变原则 合上开关，使定子绕组合上开关，使定子绕组1 1短路，短路，有有不计电阻不计电阻 r r1 1，则，则即即
22、 =const =const 设设t=0t=0时磁链为时磁链为t=0t=0 ，则，则 =t=0t=0 在没有电阻的闭合回路中，磁链在没有电阻的闭合回路中，磁链将保持不变将保持不变磁链不能突变，在突然短路瞬间，认为磁链保持不变（类似超磁链不能突变，在突然短路瞬间，认为磁链保持不变（类似超导体情况）。导体情况）。第20章同步发电机的不正常运行为闭合线圈的磁链为闭合线圈的磁链, ,包括包括自链自链和和互链互链。如果外。如果外界磁通进入线圈界磁通进入线圈, ,则线圈中必然立即产生一个电则线圈中必然立即产生一个电流流, ,这一电流产生的磁通与外加磁通的大小相同这一电流产生的磁通与外加磁通的大小相同, ,
23、方向相反方向相反, ,以此保持线圈匝链的总磁通仍然不变。以此保持线圈匝链的总磁通仍然不变。这就是超导闭合回路磁链不变原则。这就是超导闭合回路磁链不变原则。 第20章同步发电机的不正常运行2. 2. 三相突然短路的物理过程三相突然短路的物理过程 突然短路之前突然短路之前, ,电机处于空载状态电机处于空载状态设设a=aa=a0 0的瞬间定子绕组突然短路的瞬间定子绕组突然短路, A, A相绕组的磁链相绕组的磁链为：为：A0A0=m mcosacosa0 0 m m为为F Ff f与与A A相轴线重合时相轴线重合时A A相绕组磁链相绕组磁链 转子磁通与转子磁通与A A相绕组匝链相绕组匝链, ,其磁链值
24、为：其磁链值为：A A=mcos=mcos(a(a0 0+t)+t)第20章同步发电机的不正常运行突然短路后：突然短路后：电枢绕组各相都产生一个非周期性的直流电电枢绕组各相都产生一个非周期性的直流电流流, ,共同产生不转的稳定磁势共同产生不转的稳定磁势, ,使各相绕组分别产使各相绕组分别产生一不变的磁链以维持其在短路瞬间的磁链生一不变的磁链以维持其在短路瞬间的磁链( (包括包括漏磁链漏磁链) )。 电枢绕组产生一组对称三相周期性交变电流电枢绕组产生一组对称三相周期性交变电流, ,并在气隙中产生一个合成旋转磁势并在气隙中产生一个合成旋转磁势F Fa a, ,它始终和它始终和F Ff f大小相等，
25、方向相反大小相等，方向相反( (作用在直轴上作用在直轴上),),以抵消以抵消F Ff f对电枢绕组各相的磁链。对电枢绕组各相的磁链。 第20章同步发电机的不正常运行转子上的励磁绕组转子上的励磁绕组F F和阻尼绕组和阻尼绕组Z Z也是闭合绕组也是闭合绕组对对F Fa a的反应：的反应：F Fa a产生的产生的a a作用在直轴上作用在直轴上, , a a要通过转子磁路要通过转子磁路, ,去匝链去匝链F F和和Z,FZ,F和和Z Z的反应是：分的反应是：分别产生非周期性直流电流别产生非周期性直流电流I IF=F=和和I IZ=Z=, , 产生恒定磁通产生恒定磁通以抵消以抵消a a，a a只能绕道而行
26、。磁阻很大只能绕道而行。磁阻很大, ,要产生一要产生一定定a a, ,就需要很大的电枢电流就需要很大的电枢电流, , 突然短路电流要比突然短路电流要比稳态短路电流大得多。稳态短路电流大得多。对对F Fa=a=的反应：的反应：F Fa=a=在空间静止在空间静止, , 与转子绕组之与转子绕组之间有相对运动。它将在励磁绕组间有相对运动。它将在励磁绕组F F和阻尼绕组和阻尼绕组Z Z中感中感应出交变电流应出交变电流I IF F 和和I IZ Z以抵消以抵消F Fa=a=在转子绕组中产在转子绕组中产生的磁链。生的磁链。 第20章同步发电机的不正常运行电阻存在电阻存在, ,短路电流会逐渐衰减。短路电流会逐
27、渐衰减。阻尼绕组的时间常数比励磁绕组小得多阻尼绕组的时间常数比励磁绕组小得多短路以后短路以后,I,IZ=Z=首先衰减完毕首先衰减完毕,I,IF=F= 还未来得及衰减，把短还未来得及衰减，把短路瞬间到路瞬间到I IZ=Z=衰减完毕这一阶段称为衰减完毕这一阶段称为超瞬变过程超瞬变过程; ;I IF=F=开始衰减开始衰减, ,并逐渐达到稳态并逐渐达到稳态, ,这一过程称为这一过程称为瞬变过程瞬变过程。 第20章同步发电机的不正常运行3. 3. 瞬态短路时的电抗瞬态短路时的电抗 感性回路感性回路:X=L=N:X=L=N2 2/R=N/R=N2 2N N为绕组串联匝数为绕组串联匝数,R,R为磁路的磁阻为
28、磁路的磁阻,为磁路的磁导。为磁路的磁导。 稳态情况下稳态情况下, ,电枢电流产生电枢电流产生a a 和和asas, , 略去铁心部分的磁阻略去铁心部分的磁阻, , a a对应的就是气隙磁导对应的就是气隙磁导adad, , asas对应的是漏磁导对应的是漏磁导s s, , 总磁总磁通对应的总磁导为：通对应的总磁导为：d d=adad+s s对应的电抗为：对应的电抗为：X Xd d=X=Xadad+X+Xs s 直轴同步电抗直轴同步电抗 超瞬变瞬间超瞬变瞬间, , a a遇到了气隙磁阻、阻尼绕组漏磁阻和励磁遇到了气隙磁阻、阻尼绕组漏磁阻和励磁绕组漏磁阻绕组漏磁阻, ,再考虑到电枢绕组的再考虑到电枢
29、绕组的asas后后, ,电枢磁通的总磁导电枢磁通的总磁导为为第20章同步发电机的不正常运行对应的电抗为对应的电抗为 瞬变过程时瞬变过程时, ,阻尼绕组中的电流已衰减完毕阻尼绕组中的电流已衰减完毕, ,此时此时a a它遇到了气隙磁阻和励磁绕组漏磁阻它遇到了气隙磁阻和励磁绕组漏磁阻, ,再考虑到电枢再考虑到电枢绕组的漏磁通后绕组的漏磁通后, ,电枢磁通的总磁导为电枢磁通的总磁导为 直轴瞬态电抗直轴瞬态电抗 直轴超瞬态电抗直轴超瞬态电抗第20章同步发电机的不正常运行20.4 20.4 突然短路电流突然短路电流 A A相为例，电枢电流的交变分量相为例，电枢电流的交变分量i iA A为为 其中其中,I=
30、 E,I= E0 0 / X / Xd d,E E0 0为短路前励磁电势有效值为短路前励磁电势有效值I I“称为电枢绕组的超瞬态电流。称为电枢绕组的超瞬态电流。若无阻尼绕组若无阻尼绕组, ,则则I I= = E E0 0 / / X Xd d,I I 称瞬态电流。称瞬态电流。 第20章同步发电机的不正常运行电枢电流非周期性分量为电枢电流非周期性分量为 电枢电流周期性分量的衰减分为两个阶段：电枢电流周期性分量的衰减分为两个阶段：从从I I“衰减到衰减到I I,这一阶段的衰减量这一阶段的衰减量( (I I”-”-I I)由阻尼绕组由阻尼绕组中对应电流的衰减而引起中对应电流的衰减而引起, , T T
31、d d“=“=L LZ Z”/”/R RZ Z。从从I I到到I I, ,这一阶段的衰减量这一阶段的衰减量( (I I-I I) )由励磁绕组中对应电由励磁绕组中对应电流的衰减而引起流的衰减而引起, , T Td d=L LF F/R RF F I IA=A=的衰减由定子绕组本身的电阻引起的衰减由定子绕组本身的电阻引起, , T Ta a“=“=L La a”/”/R Ra a。发电机进入稳态短路发电机进入稳态短路, , I I = =E E0 0/ /X Xd d 第20章同步发电机的不正常运行 当当a a0 0=0=0电枢短路电枢短路电流的情况。经电流的情况。经过半个周期电流过半个周期电流
32、达到最大值达到最大值, , 它它是超瞬态电流幅是超瞬态电流幅值值 的的1.81.8倍左右。倍左右。 第20章同步发电机的不正常运行20.5 20.5 同步电机的振荡同步电机的振荡多种原因可能导致振荡。多种原因可能导致振荡。严重时可能造成电机与电力系统失去同步、中断严重时可能造成电机与电力系统失去同步、中断供电或使与电网相关联的电器设备受到损坏。供电或使与电网相关联的电器设备受到损坏。在振荡过程中电机的转速不再是恒速在振荡过程中电机的转速不再是恒速, ,同步电机的同步电机的方程式呈非线性。方程式呈非线性。 小值振荡是指同步电机的功角小值振荡是指同步电机的功角 围绕一个恒定值围绕一个恒定值b b作
33、小幅度周期性变化作小幅度周期性变化( (变化幅度一般为变化幅度一般为1010度以下度以下),),电机转速也围绕着同步速作周期性变化。电机转速也围绕着同步速作周期性变化。第20章同步发电机的不正常运行在振荡过程中在振荡过程中, ,阻尼绕组中将出现感应电势和电流阻尼绕组中将出现感应电势和电流, ,并形成感并形成感应转矩。当转子转速高于同步速时应转矩。当转子转速高于同步速时, ,感应转矩起制动作用感应转矩起制动作用; ;而而当转子转速低于同步转速时当转子转速低于同步转速时, ,感应转矩又具有驱动作用。感应转矩又具有驱动作用。第20章同步发电机的不正常运行如振幅过大，则位移角变化角大，超过弹性极如振幅
34、过大，则位移角变化角大，超过弹性极限，将与电网失步。限，将与电网失步。当同步发电机由不均匀的原动机拖动时，将发当同步发电机由不均匀的原动机拖动时，将发生强制振荡。生强制振荡。相近容量的两台发电机并列运行，一台发电机相近容量的两台发电机并列运行，一台发电机的振荡将引起另一台发电机的振荡，即电网电的振荡将引起另一台发电机的振荡，即电网电压的振荡。压的振荡。第20章同步发电机的不正常运行20.6 20.6 不对称运行和突然短路的影响不对称运行和突然短路的影响 1. 1. 不对称运行影响不对称运行影响负序电流产生的负序旋转磁场在转子绕组中感应负序电流产生的负序旋转磁场在转子绕组中感应出两倍频率的电流以
35、及在转子表面感应出涡流出两倍频率的电流以及在转子表面感应出涡流负序旋转磁场与转子磁场之间有两倍速的相对运负序旋转磁场与转子磁场之间有两倍速的相对运动动, , 产生以两倍频率产生以两倍频率(100Hz)(100Hz)脉动的转矩脉动的转矩. . 对于同步发电机对于同步发电机, ,常从转子发热的角度出发限制负常从转子发热的角度出发限制负序电流与额定电流之比。序电流与额定电流之比。对电网其他设备及附近的通讯设施也产生不良影对电网其他设备及附近的通讯设施也产生不良影响。响。第20章同步发电机的不正常运行2.2.突然短路的影响突然短路的影响 破坏了电机电磁方面的平衡破坏了电机电磁方面的平衡, ,而且破坏了
36、电机机而且破坏了电机机械方面和热方面的平衡。械方面和热方面的平衡。突然短路后突然短路后, ,由于电压的降低引起发电机输出功由于电压的降低引起发电机输出功率的突然下降率的突然下降, , 转矩平衡被破坏转矩平衡被破坏, , 失步。失步。不对称短路时还会在没有短路的绕组内产生过电不对称短路时还会在没有短路的绕组内产生过电压压, ,以致造成电力系统过电压。以致造成电力系统过电压。 第20章同步发电机的不正常运行阻尼绕组阻尼绕组作用：提高电机运行的稳定性，削弱不对称运行作用：提高电机运行的稳定性，削弱不对称运行时反向旋转磁场的不良影响时反向旋转磁场的不良影响x”d xd x”d xd ，突然短路时定子电流的周期性分，突然短路时定子电流的周期性分量幅值量幅值 将比无阻尼时更大。将比无阻尼时更大。在隐极发电机中，整块转子铁心起阻尼作用，不在隐极发电机中，整块转子铁心起阻尼作用，不需另外的阻尼绕组需另外的阻尼绕组
