同步发电机不对称运行

图13-8 同步发电机的两相短路
B、C相线间短路、A相空载时，发电机端点的约束条件：
U U 0 U BC B C I B I C ， I A 0
U U I I I 0 0
由于İ0＝0，所以零序系统可以不予考虑。
19
图13-9 同步发电机两相短路的复合序网
正序和负序电流为：
3 E 0 I ( a a) I j A相稳态短路电流： I B C Z Z 3E0 IK2 两相稳态短路电流： Z1 Z 2 三、不同稳态短路电流的比较
2
E 0 I I Z1 Z 2
由于负序电枢磁势交替掠过转子dq轴，近似取：
1 x2 ( x2 d x2 q ) 2
1 无阻尼绕组： x ( x x ) 2 d q 2 即： 1 有阻尼绕组：x2 ( xd xq ) 2
注意： 结论：
xd x xd xd
转子： Dd
x
Dd
a
c相
励磁绕组 f
d 轴阻尼绕组Dd
q 轴阻尼绕组Dq
b相
c
Dq
y d
图13-4 同步发电机各绕组结构示意图
（2）转子有阻尼绕组
图13-5 有阻尼绕组的负序等效电路
xσ xad //xf // xD x2d xd 直轴超瞬变电抗： 忽略电枢电阻： xσ xaq // xQ x2q xq 交轴超瞬变电抗：
二、同步发电机的相序阻抗和等效电路 同步发电机不对称运行时电压和电流的对称分量分
、U 、U 0 和I 、I 、I 0 ，由于转子对各相序电 别为 U
流所产生磁场的反应不同，使各相序阻抗互不相同。
考虑到对称绕组中感应的励磁电动势只有正序分量， 可画出各相序的等效电路。
图13-2 同步发电机各相序等效电路
1 2 I A 3 ( I A I B I C 1 2 I A ( I A I B I C ) 3 0 1 (I I I ) I A A B C 3
即：
1 I A 2 I B a I a C
单相对中点短路、两相短路等）。
不对称运行的分析方法：对称分量法。 对称分量法简介：对称分量法是一种线性变换方法，
它将任意一组不对称的三相相量分解为等效、独立的三组
对称相量，即正序、负序、零序分量。
一、复习对称分量法
图13-1 对称分量法示意
I I I 0 I A A A A 0 2 I 0 I B I B I B I B I A I A A 0 I I I I I 2I I 0 C C C C A A A
U U 0 0 U
1 0 I I I IA 3
图13-7 同步发电机单相短路的复合序网
单相短路电流：
三相短路电流：
I I I 0
E0 1 IA Z1 Z 2 Z 0 3
.
E0 I Z1
பைடு நூலகம்
.
I I 0 0
第13章 同步发电机非正常运行
13-1 同步发电机的相序阻抗和相序等效电路
复习对称分量法
各相序阻抗和等效电路
13-2 同步发电机不对称运行实例分析
单相对中点稳态短路 两线间稳态短路 不同稳态短路的短路电流比较 不对称运行对电机的影响
13-1 同步发电机相序阻抗和等效电路
不对称运行的原因：三相负载不对称；故障（雷击、
电枢三相绕组流过一组对称的负序电流时，电枢磁势
反转，在转子正向同步旋转、励磁绕组短接，同步电机所 表现的阻抗成为负序阻抗，用Z2表示。此时同步电机相当 于s=2 的感应电动机运行状态。 转差率：
s n1 n n1 (n) 2 n1 n1
带入 s=2 的感应电动机等效电路，并考虑到交轴及直轴的 差别，分别讨论转子上有、无阻尼绕组两种情况，可得到负 序阻抗。 （1）转子无阻尼绕组
电枢三相绕组流过零序电流时，同步电机所表现的阻抗 称为零序阻抗，用 Z0 表示。
当电枢三相对称绕组通入零序电流时，气隙基波合成 磁动势将等于零，零序电抗 x0 属于漏电抗性质。
Z 0 r0 jx0 r0 ra x x0 x 绕组整矩 绕组短矩
对应的电压方程为：
U I (r jx ) E 0 a 1 0 U I (ra jx2 ) 0 0 0 U I (ra jx0 )
1.正序阻抗和正序等效电路 电枢三相绕组流过对称的正序电流时，电枢磁势与转子 同步旋转，同步电机所表现的阻抗为正序阻抗，用 Z1 表示。
图13-3 无阻尼绕组的负序等效电路
直轴瞬 变电抗 : x 2d x d x x ad // x f 忽略电枢电阻： x 2q x q x xaq x q 交轴瞬变电抗：
abc 三相静止坐标与 dq两相旋转坐标 a相 b z
Dq
f
q
定子：
a、b、c三相绕组
I A
(1)
3 E 0 3I Z1 Z 2 Z0

I A
( 3)
E 0 I Z1

3E0 I K1 Z1 Z 2 Z 0
E0 IK3 Z1
由于：Z1 〉Z2 〉Z0 ，单相稳态短路电流比三相稳态短路电流大。
二、同步发电机的线间短路 设B、C两相发生线间短路，A相为空载。
xq x xq xq
• 同步电机的 x2 x1 ，因为负序磁场在励磁绕组和阻尼绕 组中感应电流起去磁作用，使气隙中负序磁场大大削弱。
• 阻尼回路的参数对负序电抗的影响较大。
3. 零序阻抗和零序等效电路
0 E0 0 ，相当于励磁 发电机没有零序励磁电动势， 即： 绕组短接。
短距绕组在某些槽内上下层绕组电流方向相反，使零 序槽漏抗变小。
13-2 同步发电机的不对称运行实例分析
一、同步发电机的单相对中性点稳态短路
设同步发电机的A相对中点短路，B、C相为空载。
图13-6 同步发电机的单相对中性点短路
发电机端点的约束条件为：
0 U A I B I C 0
Z1＝ra＋jx1
x1 即同步发电机的稳态运行时的同步电抗。 对于隐极电机:正序电抗就是同步电抗，即:x1＝xt 当电枢磁动势与直轴重合时，x1＝xd 对于凸极电机: 当电枢磁动势与交轴重合时，x ＝x q 1 在其他位置时，x1的值将在xd 和xq 之间
2. 负序阻抗和负序等效电路 发电机没有负序励磁电动势， 即：E0 0 ，相当于励磁 绕组短接。
忽略电枢电阻：
E IK3 0 x1
IK2
3E0 x1 x2
3E0 I K1 x1 x2 x0
忽略电机负序电抗和零序电抗：
I K1 : I K 2 : I K 3 3 : 3 : 1
结论：三相稳态短路电流<两相稳态短路电流<单相稳态短路电流
四、不对称运行对电机的影响 同步发电机不对称运行对电机带来影响表现在两个方面。 1、转子的附加损耗和发热 2、附加转矩和振动 同步发电机不对称运行会造成电网电压三相不对称，降 低发电质量。 阻尼绕组在不对称运行时的作用：负序磁场作用下产生感 应电动势和感应电流，从而对负序磁场起去磁作用，使发电 机输出端电压负序分量较小，使电网端电压不对称程度减小。 中型以上的同步电机都装有阻尼绕组，位置是在励磁绕组 外侧的极靴面上(阻抗很小)。
1 a a2
1 1 1
I A I A 0 I A
即：
I 1 A 1 1 I A 0 31 I A
a a2 1
a2 a 1
I A I B I C