第17章-同步发电机的非正常运行课件.ppt

内容内容 17.3 17.3 几种不对称稳态短路的分析几种不对称稳态短路的分析 17.1 17.1 概述概述17.2 17.2 不对称运行的相序方程式和等效电路不对称运行的相序方程式和等效电路17.5 17.5 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17.6 17.6 超导体闭合回路的磁链守恒定则超导体闭合回路的磁链守恒定则17.7 17.7 三相突然短路分析三相突然短路分析 要求要求 理解和掌握对称分量法的应用，理解和掌握对称分量法的应用，理解正序、负序和零序电抗的概念理解正序、负序和零序电抗的概念了解不对称运行对发电机的影响了解不对称运行对发电机的影响了解失磁运行的物理过程及发电机的状态表现了解失磁运行的物理过程及发电机的状态表现理解发电机振荡的成因及现象理解发电机振荡的成因及现象掌握发电机瞬态电抗的物理意义，掌握发电机瞬态电抗的物理意义，了解三相突然短路对发电机的危害了解三相突然短路对发电机的危害17.2 同步发电机的不对称运行不对称原因：不对称原因：单相负载较大时单相负载较大时.发生不对称短路发生不对称短路.分析方法：分析方法：对称分量法：三相不对称量对称分量法：三相不对称量正序正序负序负序零序零序分别求解，然后叠加。

分别求解，然后叠加一、各相序电抗1正序电抗正序电抗同步发电机对称运行时的相序定义为正序，其同步电抗称为正序电抗同步发电机对称运行时的相序定义为正序，其同步电抗称为正序电抗隐极电机：隐极电机：凸极电机：凸极电机：（Fa处于处于d轴时轴时）（Fa处于处于q轴时）轴时）（Fa在其它位置）在其它位置）2负序电抗负序电抗负序电流流过定子绕组所遇到的电抗为负序电抗负序电流流过定子绕组所遇到的电抗为负序电抗三相负序电流产生反转电枢磁场，三相负序电流产生反转电枢磁场，以两倍同步转速切割转子绕组（励磁绕组和阻尼绕组），以两倍同步转速切割转子绕组（励磁绕组和阻尼绕组），在转子绕组中感应出二倍基频在转子绕组中感应出二倍基频(100Hz)的电动势和电流，的电动势和电流，此时相当于异步电机运行于转差率此时相当于异步电机运行于转差率 的制动状态的制动状态根据磁动势平衡关系：根据磁动势平衡关系：转子感应电流产生的主磁通对定子负序磁场起削弱作用转子感应电流产生的主磁通对定子负序磁场起削弱作用负序特点：负序特点：直轴直轴 交轴交轴 负序电抗等效电路负序电抗等效电路忽略定、忽略定、转转子子电电阻，参照异步阻，参照异步电电机等效机等效电电路，可画出同步路，可画出同步电电机机负负序序电电抗等效抗等效电电路。

路对应对应异步机异步机Xm励磁励磁绕组绕组漏电抗漏电抗直轴阻直轴阻尼绕组尼绕组漏电抗漏电抗定子定子漏抗漏抗 交轴阻交轴阻尼绕组尼绕组漏电抗漏电抗对应对应异步机异步机Xm交轴上交轴上没有励没有励磁绕组磁绕组对应异步机对应异步机转子漏抗转子漏抗直轴负序电抗：直轴负序电抗：交轴负序电抗：交轴负序电抗：负序磁场与转子之间有二倍同步转速的相对运动，负序磁场与转子之间有二倍同步转速的相对运动，负序磁场轴线时而与转子直轴重合，时而与交轴重合，负序磁场轴线时而与转子直轴重合，时而与交轴重合，因此，负序电抗的值介于直轴和交轴负序电抗之间因此，负序电抗的值介于直轴和交轴负序电抗之间一般取平均值：一般取平均值：称为交轴超瞬态电抗称为交轴超瞬态电抗 称为直轴超瞬态电抗称为直轴超瞬态电抗 3零序电抗零序电抗零序电流流过定子绕组所遇到的电抗就是零序电抗零序电流流过定子绕组所遇到的电抗就是零序电抗电角度，合成为零电角度，合成为零故零序电流只产生漏磁通故零序电流只产生漏磁通零序电抗很小：零序电抗很小：三相零序电流同大小、同相位，建立三个脉动磁动势，三相零序电流同大小、同相位，建立三个脉动磁动势，这三个脉动磁动势，大小相等、空间互差这三个脉动磁动势，大小相等、空间互差二、各相序等效电路励磁磁场在定子绕组中只感应正序电动势励磁磁场在定子绕组中只感应正序电动势 E0，忽略电阻，各相序电动势方程为（以忽略电阻，各相序电动势方程为（以U 相为例）相为例）正正 序序 负负 序序 零零 序序各相序等效电路各相序等效电路:17.3几种不对称稳态短路分析1.单相稳态短路单相稳态短路设设U相相发发生生稳态稳态短路，短路，表示短路表示短路电电流，流，侧侧 电流的对称分量电流的对称分量各相序方程式各相序方程式单相稳态短路电流单相稳态短路电流 2.两相稳态短路两相稳态短路设设V、W短路，短路，U相空载相空载 因为零序电流等于零，故零序系统不予考虑。

因为零序电流等于零，故零序系统不予考虑将电压分解将电压分解为对称分量为对称分量根据正、负序电路得根据正、负序电路得两相稳态两相稳态短路电流短路电流 单相短路电流单相短路电流 两相短路电流两相短路电流 三相短路电流三相短路电流 在励磁电流一定条件下，在励磁电流一定条件下，单相稳态短路电流最大，单相稳态短路电流最大，三相稳态短路电流最小三相稳态短路电流最小17.5 不对称运行对发电机的影响 减小负序磁场的方法：减小负序磁场的方法：在同步发电机的转子上装设阻尼绕组，它能够起到在同步发电机的转子上装设阻尼绕组，它能够起到削弱负序磁场的作用，从而提高发电机承受不对称负载的能力削弱负序磁场的作用，从而提高发电机承受不对称负载的能力1引起转子表面发热引起转子表面发热 负序电流产生反转磁场以二倍同步速截切转子，在励磁绕组、阻尼绕组、转负序电流产生反转磁场以二倍同步速截切转子，在励磁绕组、阻尼绕组、转子铁心表面感应出倍频电流，在转子绕组中产生额外铜损耗，在转子铁心表面感子铁心表面感应出倍频电流，在转子绕组中产生额外铜损耗，在转子铁心表面感应涡流而引起附加铁心损耗使转子温度过高而发热应涡流而引起附加铁心损耗。

使转子温度过高而发热2引起发电机振动引起发电机振动 负序磁场以二倍同步转速与转子磁场相互作用，产生倍频的交变电磁转负序磁场以二倍同步转速与转子磁场相互作用，产生倍频的交变电磁转矩，作用于定、转子铁心和机座上，将产生矩，作用于定、转子铁心和机座上，将产生100HZ的振动不对称运行还会造成电网电压不对称，直接影响负载运行不对称运行还会造成电网电压不对称，直接影响负载运行补充内容 同步发电机的失磁运行指发电机失去直流励磁后，仍带有一定的有功功率，以低转差率与电网指发电机失去直流励磁后，仍带有一定的有功功率，以低转差率与电网继续并联运行的一种特殊运行方式继续并联运行的一种特殊运行方式失磁运行失磁运行:失磁原因失磁原因:励磁绕组开路或短路、灭磁开关误动作使励磁绕组经灭磁电阻闭合等励磁绕组开路或短路、灭磁开关误动作使励磁绕组经灭磁电阻闭合等失磁后，不必立刻将发电机与电网解列，应尽快查明原因，排除故障失磁后，不必立刻将发电机与电网解列，应尽快查明原因，排除故障一、发电机失磁时的电磁过程失磁时失磁时 失去同步，进入异步状态：失去同步，进入异步状态：同步发动机进入异步发电状态，异步电磁转矩为制动转矩同步发动机进入异步发电状态，异步电磁转矩为制动转矩。

即即此时调速系统开始动作此时调速系统开始动作 异步发电稳定运行异步发电稳定运行失磁后：失磁后：同步发电机同步发电机异步发电机异步发电机输出感性无功输出感性无功吸收感性无功吸收感性无功规定，汽轮发电机的异步运行时间不得超过规定，汽轮发电机的异步运行时间不得超过30min，水轮发电机不允许异步运行水轮发电机不允许异步运行二、失磁运行时各表计的指示情况1转子励磁电流表指示接近于零或等于零转子励磁电流表指示接近于零或等于零2定子电流表指示升高并有摆动定子电流表指示升高并有摆动3有功功率表指示减小并摆动有功功率表指示减小并摆动4无功功率表指示负值，功率因数表指示进相无功功率表指示负值，功率因数表指示进相5发电机母线电压下降并摆动发电机母线电压下降并摆动若励磁开路，电流表指示为零若励磁短路，有感应交流，但数值很小若励磁开路，电流表指示为零若励磁短路，有感应交流，但数值很小失磁时，既向电网发有功，又从电网吸收大量无功电流供给励磁故定子电流升高失磁时，既向电网发有功，又从电网吸收大量无功电流供给励磁故定子电流升高由于转子感应交流产生变化磁场在定子中产生变化电动势，从而引起电流脉动由于转子感应交流产生变化磁场在定子中产生变化电动势，从而引起电流脉动。

失磁后转速升高，汽门自动关小，输入功率减小，有功功率输出也减小失磁后转速升高，汽门自动关小，输入功率减小，有功功率输出也减小有功功率表摆动的原因同有功功率表摆动的原因同2 2所述失磁后，由向系统输送感性无功变为吸取感性无功，故无功功率表指示负值，失磁后，由向系统输送感性无功变为吸取感性无功，故无功功率表指示负值，功率因数表指示自然由迟相（滞后）变为进相（超前）功率因数表指示自然由迟相（滞后）变为进相（超前）定子电流增大，线路压降增大，母线电压下降并随定子电流摆动而摆动定子电流增大，线路压降增大，母线电压下降并随定子电流摆动而摆动三、失磁运行的不良影响发电机失磁后，运行人员必须尽快查明失磁原因，排除故障发电机失磁后，运行人员必须尽快查明失磁原因，排除故障若不能及时恢复励磁，则必须做停机处理若不能及时恢复励磁，则必须做停机处理励磁绕组、阻尼绕组及转子铁心中感应出交流电流，产生附加损耗，发热；励磁绕组、阻尼绕组及转子铁心中感应出交流电流，产生附加损耗，发热；失磁后发电机从系统吸取感性无功，使电力系统出现无功不足失磁后发电机从系统吸取感性无功，使电力系统出现无功不足当某台发电机失磁而使电网电压下降时，电网中的其他发电机会自动增大励磁，当某台发电机失磁而使电网电压下降时，电网中的其他发电机会自动增大励磁，以供给失磁发电机所需要的额外感性无功。

因此允许汽轮发电机失磁运行一段时间以供给失磁发电机所需要的额外感性无功因此允许汽轮发电机失磁运行一段时间补充内容同步发电机的振荡振振荡时荡时，发电发电机的功角、机的功角、转转速、速、电压电压、电电流、功率及流、功率及转转矩均矩均发发生周期性生周期性变变化振振荡荡幅幅值较值较大大时时，对电对电机本身及机本身及电电网均将造成不利影响网均将造成不利影响一、振荡的物理现象在在 a 点稳定运行时，点稳定运行时，功角功角为为为分析方便，忽略各种损耗为分析方便，忽略各种损耗若若突然改变发电机的负载，则功角和转速将发生振荡突然改变发电机的负载，则功角和转速将发生振荡发电发电机并网运行机并网运行时时：若若逐渐增加发电机的负载，则功角逐渐增加，其过程是平缓的逐渐增加发电机的负载，则功角逐渐增加，其过程是平缓的在在b点，点，n n1，且因惯性将继续加速，且因惯性将继续加速 功率平衡功率平衡到到c点，点，n=n1 转速平衡，转速平衡，到到b点，因惯性点，因惯性 n,如此反复如此反复,形成振荡形成振荡输入转矩输入转矩电磁转矩电磁转矩功角在功角在左右左右变变化转速在转速在n1上下变化，上下变化，振荡时，振荡时，由于存在机械和由于存在机械和电电气气损损耗，所以振耗，所以振荡荡幅度幅度渐趋渐趋衰减，最后在平衡位置衰减，最后在平衡位置稳稳定运行。

定运行由电机本身惯性引起的振荡，振荡频率决定于电机的机械和电磁参数，称为自由振荡；由电机本身惯性引起的振荡，振荡频率决定于电机的机械和电磁参数，称为自由振荡；若转子受到周期性外转矩的作用，引起转子按照交变转矩的频率振荡，称为强制振荡若转子受到周期性外转矩的作用，引起转子按照交变转矩的频率振荡，称为强制振荡在转子表面上装设阻尼绕组，相当于笼型转子，会产生异步转矩在转子表面上装设阻尼绕组，相当于笼型转子，会产生异步转矩在振荡过程中，在振荡过程中，当当 n n1 时，相当于异步发电机运行，异步转矩起制动作用，迫使转速下降；时，相当于异步发电机运行，异步转矩起制动作用，迫使转速下降；当当 n n1 时，相当于异步电动机运行，异步转矩起驱动作用，迫使转。