同步发电机不对称运行和动态问题

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1、第19章 同步发电机不对称运行和动态问题本章概述：·通常的三相电力负载都是对称负载，即使有少许的不对称一般仍可以按照对称运行来分析。·随着工业的发展，出现了大容量的单相负载，如冶金用的单相电炉，单相电气铁道干线；它们作为三相电网的负载就会使同步发电机处于不对称运行状态。此外输电线中出现一相断线等不对称故障时，也会使同步电机处于不对称运行状态。·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U和励磁电势E0之间有着固定的相角差d。但实际工作着的电机常常会由于某些原因而使运行状态受到干扰或改变。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瞬变过程。研究同步发电机不对

2、称运行和瞬变过程具有重大的实际意义。19-1  不对称运行的分析方法·当负载不对称时，发电机的三相端电压及电流都将不对称。由于流过电枢各相的电流有效值各不相同，它们所产生的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时复杂得多，所以不能直接用分析对称运行的简单方法来分析不对称运行的情况。·分析不对称运行的最简单方法是对称分量法(有关对称分量法的原理,请参看变压器篇的有关内容)，即把一组不对称的三相电流(或电压)分解成三组对称的电流(或电压)分量：即正序分量、负序分量和零序分量。各个对称分量可视为相互独立，分别研究它们独立作用的效果，然后叠加起来得到最后结果。用这

3、个方法时假设电路是线性的，忽略了磁路饱和现象。·励磁电势EA、EB、EC只与励磁磁势的转向有关,不受负载的影响,所以只有正序分量。·在具体计算不对称运行时，常把实际负载端的不对称三相电压和电流分解成三组对称的分量，每组对称分量对各相绕组均对称，故可以按一相的情况来分析。·按叠加原理,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。应该注意到，励磁电势只在正序的电势平衡方程中出现。·各相序电流流过电枢绕组时的电枢反应情况，反映在等值电路和方程式中是各相序电流遇到不同的阻抗。·设各相序电流遇到的阻抗分别为：正序阻抗为Z+,负序阻抗为Z-,零序阻抗为Z0。以A相为例，各相序的电势平衡

4、方程式为：EA=UA++Z+IA+0=UA-+Z-IA-0=UA0+Z0IA0·以上方程适合于任何不对称负载或短路情况。根据这三个方程式,对于给定参数的电机,若知道不对称的电流情况就能解出不对称的电压。反之亦然。·下面对各相序电流遇到的阻抗加以说明(1)正序电抗 X+·同步发电机定子绕组的相序与E0一致时，定为正序电流I+—流过定子绕组即引起正序电抗X+=Xs。· 对于隐极同步电机,正序电抗X+=XS； 对于凸极同步电机,正序电抗X+=Xd。(2)负序电抗 X- 负序电流I-流过定子电枢绕组所对应的 电抗就是负序电抗 X-， I-—X-·负序电流流过定子电枢绕组时产生反转的基波旋转磁场—

5、这一磁场以两倍同步速度切割转子绕组(包括励磁绕组和阻尼绕组),并在其中感应出两倍频率的电势和电流。对于负序磁场而言,转子绕组的作用与一个短路绕组的作用相当。·负序电流和负序电压之间的关系可以用类似异步电机的等值电路来分析。如果不计定、转子电阻,负序等效电路如图19.2所示。其中X1s为定子漏抗,XFs为励磁绕组漏抗,XZs为阻尼绕组漏抗。由于励磁绕组仅放置在直轴磁路上,所以交轴电抗中不出现励磁漏抗。X2d为直轴等效电抗,X2q为交轴等效电抗。·凸极电机直轴磁路与交轴磁路的磁阻是不同的,负序磁场相对转子转动时,负序电抗的数值将介于X2d和X2q之间作连续周期性变化,利用对称分量法无法计及负

6、序电抗的变化,计算时取两个轴上电抗的平均值来作为负序电抗的近似值:X-=(X2d+X2q)/2(3)零序电抗 X0·零序电流流过定子绕组时所对应的电抗就是零序电抗。·三相零序电流大小相等,在时间上各相同相位；所产生零序脉动磁势在时间上同相。因为三相绕组在空间上间隔120o电角度,所以气隙中的三相合成磁势为零。·把三相绕组首尾串联起来接到单相电源上,绕组中通过的便是零序电流。测定零序电抗时,可采用如图19.3所示的电路。在端点上外施适当大小的、具有额定频率的电压,使得流入的零序电流数值等于额定电流。电机转子由原动机带动以同步速旋转,转子励磁绕组应被短接,如果忽略电枢电阻,则X0=U0/(3

7、I0)19-2 发电机不对称短路分析·用对称分量法分析同步发电机不对称短路是很方便的。不对称短路是不对称运行的特殊情况。电力系统遇到的故障短路通常是不对称短路，例如线对线短路或线对中点短路。·故障短路将会出现很大的冲击电流,不过冲击电流的持续时间是很短暂的,这一过程属于瞬变过程。瞬变过程完毕后就进入稳态短路。本节只讨论稳态不对称短路问题。·同步电机不对称短路的情况有多种。本节以两个典型的例子说明分析该类问题的方法。在下面所举的例子中