发布时间 : 星期三 文章同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析更新完毕开始阅读
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图6-11(b)是与图6-11(a)等值的、电枢反应磁通走漏磁路径的磁通图。由图6-11(b)可以看出，短路瞬间为维持励磁回路的总磁链不变，电枢反应磁通由于
经过磁路的路径更长，磁阻比图6-7(c)所示
穿过气隙后被迫走励磁绕组和纵轴阻尼绕组的漏磁路径。的还要大，因此所对应的纵轴电抗比暂态电抗还要小，
称这时对应的纵轴等值电抗为次暂态电抗，且，其中。
为电枢反应磁通走纵轴阻尼
绕组和励磁绕组漏磁路径时对应的电枢反应电抗，显然
可以推论，在横轴方向也存在着横轴等值次暂态电抗 空载短路时，
，且。
对应的电动势为空载电动势，故次暂态短路电流的起始值为
（6-39）
称为次暂态短路电流起始值。
在负载短路时，类似不考虑阻尼绕组负载短路的分析，有如下的电压平衡方程式 式中，
为
（6-40） 后的虚构电动势，与
类似，也是计算用电势。
具有短路瞬间不突变的性质，
由式(4-40)可见，的数值同样可由正常稳态参数求得。同样近似认为
则可用来计算次暂态短路电流基波分量的起始值。
图6-12 有阻尼发电机的次暂态等值电路
图6-12示出发电机用次暂态电势基波分量的起始值可以表示为
为等值电动势时的等值电路图。则发电机机端短路次暂态短路电流
（6-41）
情况下，则以
代替上式中的
即
同样如果短路不是发生在发电机端部，而是有外接电抗可。
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以上从物理概念出发，分析了突然短路后的发电机暂态和次暂态过程。通过以上的讨论可以清楚地看到，同步发电机短路电流的基波交流分量在短路后暂态过程中是不断变化的。变化的根本原因是定子三相绕组空间内有闭合的转子绕组而改变着定子电枢反应磁通的路径，使定子绕组的等值电抗发生变化。以上给出的概念和计算公式对于工程上近似计算短路电流已足够准确。 例6-2 一台额定容量为抗
的同步发电机，额定电压为
，额定功率因数为0.8，次暂态电
为0.135(以发电机额定参数为基准值的标幺值)。试计算发电机在空载情况下(端电压为额定电压)突然
。 (标幺值)
三相短路后短路电流交流分量的起始幅值 解 发电机空载情况下
基波交流分量起始有效值的标幺值为
发电机的额定电流也即发电机的基准电流为
短路电流交流分量起始幅值(有名值)为
由上例可见，短路电流交流分量起始幅值可达额定电流的10倍以上。如再考虑最严重情况下短路时，直流分量有最大值，这时的短路电流的最大瞬时值将接近额定电流的20倍。 6.3.5自动调节励磁装置对短路电流的影晌
前面对同步发电机暂态过程的分析，都没有考虑发电机的自动调节励磁装置的影响。现代电力系统的同步发电机均装有自动调节励磁装置，它的作用是当发电机端电压偏离给定值时，自动调节励磁电压，改变励磁电流，从而改变发电机的空载电势，以维持发电机端电压在允许范围内。
当发电机端点或端点附近发生突然短路时，端电压急剧下降，自动调节励磁装置中的强行励磁装置就会迅速动作，增大励磁电压到它的极限值，以尽快恢复系统的电压水平和保持系统运行的稳定性。下面以自动调节励磁装置中的一种继电强行励磁装置的动作原理，来分析自动调节励磁装置对短路电流的影响。
图6-13 具有继电强行励磁的励磁系统示意图 图6-14
的变化曲线
图6-13是具有继电强行励磁的励磁系统示意图，发电机端点或端点附近短路，使发电机端电压下降到额定电压的85%以下时，低电压继电器
的触点闭合，接触器
动作，励磁机磁场调节电阻
被短接，励磁
机励磁绕组两端的电压升高。但由于励磁机励磁绕组具有电感，它的电流不可能突然增大，以致
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使与之对应的励磁机电压也不可能突然增高，而是开始上升慢，后来上升快，最后达到极限值
近似按指数规律上升到最大值
，如图
6-14中按曲线1的规律变化。为了简化分析，通常认为，即用图4-14
中曲线2所示的指数曲线代替实际曲线1，从而得到励磁机电压
（6-42）
式中，是励磁机励磁绕组的时间常数。
励磁电压的增大，使励磁电流产生一个相应的增量。由于强行励磁装置只在转子轴方向起作用，这个电流的变化量可以从发电机轴方向的等值电路求解得出，下面就以无阻尼绕组发电机为例加以说明。
图6-15 强行励磁装置动作后同步发电机轴方向的等值电路
图6-15是强行励磁装置动作后同步发电机轴方向的等值电路(假设在发电机端点短路)，由图可列方程
用
除等式两边，得
（6-43）
上式的解为
（6-44）
（6-45）
式中，和
的时间函数，
是对应于的励磁电流强迫分量的最大可能增量，
越大，
则是一个包含增大的速度越慢。
因短路点的远近不同而有不同的数值，短路点越远，
这是因为短路点越远，故障对发电机的影响越小的缘故。 由
引起的空载电势的最大增量为
（6-46）
将产生定子电流轴分量的增量。由于无阻尼绕组发电机定子周期分量电流无轴分量，可得
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对应的a相电流周期分量为
从而使发电机的端电压也按相同的规律变化。
（6-47）
考虑强行励磁装置动作后空载电势和定子电流的变化曲线如图6-16所示。由图可见，强行励磁装置动作的结果是在按指数规律自然衰减的电势和电流上叠加一个强迫分量，从而使发电机的端电压迅速恢复到额定值，以保证系统的稳定运行。但由于定子电流增加了一个强迫分量，改变了原短路电流的变化规律，使暂态过程中的短路电流先是衰减，衰减到一定的时候反而上升，甚至稳态短路电流大于短路电流初值，使运算曲线出现了相交的现象。
图6-16 强行励磁装置对空载电势和定子电流的影响
以上是短路点距电源的电气距离较小，强行励磁装置动作后励磁电压达到极限值时对短路电流的影响。如果短路点距电源点较远，强行励磁装置动作后一段时间机端电压就恢复到额定值。当机端电压一旦恢复到额定值，该装置中的低电压继电器就会返回，由自动调节励磁装置将机端电压维持为额定值不变。此后，励磁电流、空载电势、定子电流将不再按式(6-45)、(6-46)、(6-47)的规律增大。定子电流的周期分量为
，
是发电机端点到短路点间的电抗。
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