第十八章同步发电机的异常运行

3
2.负序阻抗
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 ：
i-
Fn1 2f1 2n1
相 对 于 转 子
n1
Pn f2 2 f1 60
4
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
11
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:
2x x 1 1 1 1 ( '' '' ) x _ '' x 2 xd xq xd x
'' d
'' q '' q
(2）若发电机外加负电压，经过很大电抗xe接至定 子绕组 1
x
2
(x x )
' 2
r2'
' I2
x xqxaq
xD
rm xm
b ）当正对 q 轴 F- （ q 轴无 励磁绕组漏抗）
8
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：
1 xd x xd 1 1 1 xad x f x D
若直轴无阻尼绕组：
'' d '' q
（3）若外电抗xe=x_,则
x x x
'' d
'' q
12
一般同步发电机中，负序电抗的标么值约为： 汽轮发电机为: x 0.15
没有阻尼绕组的水轮发电机为: x 0.4 有阻尼绕组的水轮发电机为:
x 0.25
13
3 .零序阻抗
零序电流产生的三相合成磁势基波为：
i-
旋转磁场F2（n=2n1 相对 转子，方向为顺时针） 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。
Fn1 2f1 F2 n1
2n1
相 对 于 转 子
5
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
2
1.正序阻抗
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）
f01 F01 sin t[sin x sin( x 1200 ) sin( x 1200 )] 0
故只存在零序漏磁通 零序电抗具有漏磁性质：
x0 x
14
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）
0
N
ad X f
S
x f
A
直轴暂态电抗等效电路
23
同理：交轴超瞬变电抗：
由于无阻尼绕组x"q= x'q
x x"q xaq xD
交轴次暂态电抗等效电路
24
另外还有电枢漏磁通路径
20
超瞬变电抗
x xd 1 1 xad xD x f
1 1
凸极机：
x x"d xad xD
x f
直轴次暂态电抗等效电路
21
（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
x xd 1 1 xad x f
0
N A
1
x 暂态电抗 xd 1 xad
'ad

1 1 xD
0

1 x f
N
"ad X f
S
X
f源自文库
S
A
D
D22
x xd 1 1 xad x f
凸极机：
x x’d xad
1
（3）当励磁绕组中电流 亦衰减完之后，
xd xad x
0
N
0 ad
N
"ad X f
S
A
X f
S
A
D
D19
0
N A
0 ad
N A
"ad X
X
f
S
f
S
D
D
Rad RD R f Rad 1 1 1 x ad xd 1 1 1 1 1 1 Rad ad f D xad xD x f
' I2
I 1 r1 U1


x１
I0

x
' 2
r
' 2
x１
' x2
rm xm
xs-
xa
6
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：
17
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
0
N A
ad X f
S
xad ，ad 大，xad 大
18
1.直轴次暂态电抗
（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
15
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： 电机的磁路不饱和；
不考虑机械过渡过程，电机的转速保持为同步速不变； 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。
16
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
' I2
I 1 r1 U1


x１
I0

x
' 2
r
' 2
x f
xD
rm xm
xd-
xad
a）当F-正对d轴
7
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：
I 1 r1 U1


x１
I0

x
x f
xD
xd x
1 1 1 xad x f
xd
xd-
xad
9
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 x
1 1 1 xaq xD
xq
x
若交轴无阻尼：
xqxaq
xD
xq x xaq xq
第一节 同步发电机的不对称运行
(unsymmetric operation of synchronous generator)
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:
1
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。
10
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。