同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的物理過(guò)程及短路電流分析

1、. . 6.3 6.3 同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的物理過(guò)程及短路電流分析同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的物理過(guò)程及短路電流分析 6.3.1 同步發(fā)電機(jī)在空載情況下突然三相短路的物理過(guò)程 上一節(jié)討論了無(wú)限大電源供電電路發(fā)生三相對(duì)稱短路的情況。實(shí)際上電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，大多數(shù)情況下作為電源的同步發(fā)電機(jī)不能看成無(wú)限大容量，其內(nèi)部也存在暫態(tài)過(guò)程，因而不能保持其端電壓和頻率不變。所以一般在分析和計(jì)算電力系統(tǒng)短路時(shí)，必須計(jì)及同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)過(guò)程。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的慣量較大，在分析短路電流時(shí)可以近似地認(rèn)為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子保持同步轉(zhuǎn)速，只考慮發(fā)電機(jī)的電磁暫態(tài)過(guò)程。 同步發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，電樞磁勢(shì)的大小不隨時(shí)間而變化，在

2、空間以同步速度旋轉(zhuǎn)，由于它與轉(zhuǎn)子沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電流。但是在發(fā)電機(jī)端突然三相短路時(shí)，定子電流在數(shù)值上將急劇變化。由于電感回路的電流不能突變，定子繞組中必然有其它自由電流分量產(chǎn)生，從而引起電樞反應(yīng)磁通變化。這個(gè)變化又影響到轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子繞組中感生出電流，而這個(gè)電流又進(jìn)一步影響定子電流的變化。定子和轉(zhuǎn)子繞組電流的互相影響是同步電機(jī)突然短路暫態(tài)過(guò)程區(qū)別于穩(wěn)態(tài)短路的顯著特點(diǎn)，同時(shí)這種定、轉(zhuǎn)子間的互相影響也使暫態(tài)過(guò)程變得相當(dāng)復(fù)雜。 圖 6-6 凸極式同步發(fā)電機(jī)示意圖 圖 6-6 為凸極同步發(fā)電機(jī)的示意圖。定子三相繞組分別用繞組，表示，繞組的中心軸，軸線彼此相差 120o。轉(zhuǎn)子極中心

3、線用軸表示，稱為縱軸或直軸；極間軸線用軸表示，稱為橫軸或交軸。轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正方向，軸超前軸 90o。勵(lì)磁繞組的軸線與軸重合。阻尼繞組用兩個(gè)互相正交的短接繞組等效，軸線與軸重合的稱為阻尼繞組，軸線與軸重合的稱為阻尼繞組。 定子各相繞組軸線的正方向作為各繞組磁鏈的正方向，各相繞組中正方向電流產(chǎn)生的磁鏈的方向與繞組軸線的正方向相反，即定子繞組中正電流產(chǎn)生負(fù)磁通。勵(lì)磁繞組及軸阻尼繞組磁鏈的正方向與軸正方向一致， 軸阻尼繞組磁鏈的正方向與軸正方向一致，轉(zhuǎn)子繞組中正向電流產(chǎn)生的磁鏈與軸線的正方向相同，即在轉(zhuǎn)子方面，正電流產(chǎn)生正磁通。下面分析發(fā)電機(jī)空載突然短路的暫態(tài)過(guò)程。 1.定子回路短路電流 設(shè)短路前

4、發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)，氣隙中只有勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁鏈，忽略漏磁鏈后，穿過(guò)主磁路為主磁鏈匝鏈定子三相繞組，又設(shè)為轉(zhuǎn)子軸與 A 相繞組軸線的初始夾角。由于轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，主磁鏈匝鏈定子三相繞組的磁鏈隨著的變化而變化，因此 . . （6-17） 若在時(shí)，定子繞組突然三相短路，在這一瞬間匝鏈定子三相磁鏈的瞬時(shí)值為 （6-18） 根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾愣桑魏我粋€(gè)閉合的超導(dǎo)體線圈(先不考慮發(fā)電機(jī)電阻)，它的磁鏈應(yīng)保持不變，如果外來(lái)?xiàng)l件要迫使線圈的磁鏈發(fā)生變化，線圈中會(huì)感應(yīng)出自由電流分量，來(lái)維持線圈的磁鏈不變。根據(jù)這個(gè)定律，發(fā)電機(jī)定子三相繞組要維持不變，但主磁鏈匝鏈到定子三相回路的磁鏈仍然是，。因此，短路瞬間定子

5、三相繞組中必然感應(yīng)電流，該電流產(chǎn)生的磁鏈， 應(yīng)滿足磁鏈?zhǔn)睾阍恚?（6-19） 將式(6-17)，(6-18)代入上式，得 （6-20） 根據(jù)定子電流規(guī)定的正方向與磁鏈正方向相反，定子三相短路電流為 （6-21） 由上可知定子短路電流中含有基波交流分量和直流分量?；ń涣鞣至渴侨鄬?duì)稱的，直流分量是三相不相等的。 定子繞組中的直流分量在空間形成恒定的磁勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子縱軸向和橫軸向的磁阻不同，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過(guò) 180o電角度(頻率為基頻的 倍)，磁阻經(jīng)歷一個(gè)變化周期。只有在這個(gè)恒定的磁勢(shì)上增加一個(gè)適應(yīng)磁阻變化的，具有 倍同步頻率的交變分量才可能得到真正不變的磁通。因此在定子的三相短路電流

6、中，還應(yīng)有 倍同步頻率的電流，與直流分量共同作用，才能真正維持定子繞組的磁鏈不變。 倍頻率電流的幅值取決于縱軸和橫軸磁阻之差，其值一般不大。 2.勵(lì)磁回路電流分量 如上所述，定子繞組突然三相短路后，在定子繞組中會(huì)產(chǎn)生基波交流分量電流，它們的磁鏈分別和勵(lì)磁繞組的主磁鏈所產(chǎn)生的磁鏈互相抵消。三相基波交流電流合成的同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用在轉(zhuǎn)子的軸上，形成對(duì)勵(lì)磁繞組的去磁作用。但是，勵(lì)磁繞組也是電感性線圈，其匝鏈的磁鏈也要維持短路前瞬間的值不變，因此，在勵(lì)磁繞組中也會(huì)突然感生出一個(gè)與勵(lì)磁電流同方向的直流電流，來(lái)抵制定子去磁磁鏈對(duì)勵(lì)磁繞組的影響。另一方面，定子繞組突然三相短路后，還會(huì)在定子繞組中會(huì)產(chǎn)生直流分量

7、電流，它所產(chǎn)生的在空間靜止的磁場(chǎng)，相對(duì)于轉(zhuǎn)子則是以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，從而使轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生一個(gè)同步頻率的交變磁鏈，在轉(zhuǎn)子勵(lì). . 磁繞組中將感生一個(gè)同步頻率的交流分量，來(lái)抵消定子直流分量電流和倍頻電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)。 同樣的道理，短路后，定子側(cè)磁鏈也企圖穿過(guò)阻尼繞組，阻尼繞組為維持本身磁鏈不突變，也會(huì)感應(yīng)出直流分量和基波交流分量電流；在假定定子回路電阻為零時(shí)，定子基波電流只有直軸方向的電樞反應(yīng)，故阻尼繞組中只會(huì)感應(yīng)出基波交流分量電流而沒(méi)有直流分量。 從以上的分析可知， 定子回路短路電流的基波交流分量和轉(zhuǎn)子回路的自由直流分量是互相依存和影響的。由于轉(zhuǎn)子繞組實(shí)際存在著電阻，其中的自由直流電流分量最終

8、將衰減為零。與之對(duì)應(yīng)的定子繞組的基波交流分量電流以相同的時(shí)間常數(shù)從短路初始值最終衰減為穩(wěn)態(tài)值。這對(duì)分量的衰減時(shí)間常數(shù)用表示，主要取決于轉(zhuǎn)子回路的電阻和等值電感。對(duì)于容量為的水輪發(fā)電機(jī)，其值為，容量為的汽輪發(fā)電機(jī)，其值為。 定子回路短路電流的直流分量和倍頻分量與轉(zhuǎn)子回路的基波分量電流是互相依存和影響的。由于實(shí)際的定子回路有電阻，定子回路的直流分量和倍頻分量最終衰減到零。與之相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子回路的基波交流電流也最終衰減到零。它們以相同的時(shí)間常數(shù)衰減，主要取決于定子繞組的電阻和等值電感。對(duì)于的水輪發(fā)電機(jī)，其值為，容量為的汽輪發(fā)電機(jī)，其值為。 定子和轉(zhuǎn)子繞組中的各種短路電流分量及它們相依存的關(guān)系如表 6-

9、1 所示。 表 6-1 定子和轉(zhuǎn)子繞組中的各種短路電流分量 表中，為基波分量的起始有效值；為基波分量的短路穩(wěn)態(tài)有效值。 以上分析了同步發(fā)電機(jī)在突然三相短路時(shí)的物理過(guò)程及定、轉(zhuǎn)子中的短路電流分量。下面從物理概念出發(fā)對(duì)三相短路時(shí)定子繞組中的基波分量起始值進(jìn)行定量的分析。 6.3.2 無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)空載時(shí)的突然三相短路電流 同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程、相量圖和等值電路請(qǐng)查看第二章 2.1.1 節(jié)中相關(guān)內(nèi)容，在討論同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程時(shí)，一般忽略定子電阻。 在發(fā)電機(jī)突然短路時(shí)，由于暫態(tài)過(guò)程中各種分量電流的產(chǎn)生，發(fā)電機(jī)在暫態(tài)過(guò)程中對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)、電抗均發(fā)生變化，不能再通過(guò)穩(wěn)態(tài)方程求暫態(tài)過(guò)程中的短路電流。

10、由上面物理過(guò)程的分析可知，若不考慮倍頻分量(倍頻分量一般較小)，發(fā)電機(jī)定子短路電流中只含有基波交流分量和直流分量。在空載短路的情況下，直流分量的起始值與基波交流分量的起始值大小相等，方向相反。若能求得基波交流電流，則定子短路全電流也就確定了。 圖 6-7(a)示出了短路前空載時(shí)勵(lì)磁回路的磁通圖，圖中為勵(lì)磁繞組主磁通(與短路前的空載電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng))，為勵(lì)磁繞組的漏磁通。 . . 圖 6-7 無(wú)阻尼發(fā)電機(jī)短路前及短路后的磁通分布圖 (a) 短路前；(b) 短路后；(c) 短路后等值 當(dāng)不計(jì)阻尼繞組的作用，定子側(cè)突然空載短路時(shí)，定子側(cè)的電樞反應(yīng)磁通要穿過(guò)勵(lì)磁繞組，為抵消定子基波交流電流的電樞反應(yīng)， 勵(lì)磁

11、回路必然感生自由直流分量， 此刻對(duì)應(yīng)的磁通圖形如圖 6-7(b)所示。圖中為定子基波電流產(chǎn)生的電樞反應(yīng)磁通，為定子繞組漏磁通；和仍為勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁通和漏磁通；和為所對(duì)應(yīng)的主磁通和漏磁通。為保持短路瞬間磁鏈不變，和之間有如下關(guān)系 （6-22） 短路后瞬時(shí)的空載電動(dòng)勢(shì)為對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。顯然由于的出現(xiàn)，即短路后空載電動(dòng)勢(shì)突然增加，這時(shí)的短路電流稱暫態(tài)短路電流 （6-23） 由于，均為未知量，無(wú)法利用式(6-23)求出暫態(tài)短路電流的起始值。 為更明確地表達(dá)暫態(tài)階段的物理過(guò)程， 用圖 6-7(c)等值地代替圖 4-7(b)。 在短路瞬間， 由于對(duì)的抵消作用，勵(lì)磁回路仍保持原有的磁通，而定子的電樞反應(yīng)磁

12、通可等值地用表示，在穿過(guò)氣隙后被擠到勵(lì)磁繞組的漏磁路徑上，即，經(jīng)過(guò)的磁路路徑較長(zhǎng)，磁阻比的大。因此，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的縱軸電抗比同步電抗要小，稱此縱軸等值電抗為暫態(tài)電抗，且，其中為電樞反應(yīng)磁通走勵(lì)磁繞組漏磁路徑時(shí)的電樞反應(yīng)電抗，為定子繞組的漏電抗。顯然該時(shí)刻的電動(dòng)勢(shì)仍為所對(duì)應(yīng)的空載電動(dòng)勢(shì)，則短路瞬間的定子基波電流分量的起始值為 . . （6-24） 當(dāng)短路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，和均衰減為零，則可由下式求出穩(wěn)態(tài)短路電流 （6-25） 求得了基波交流分量起始值和穩(wěn)態(tài)短路電流后，再考慮到各自由分量的衰減時(shí)間常數(shù)，可得到無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)空載短路時(shí)的 A 相短路電流的表達(dá)式 （6-26） 分別用和代替上式中的，可得

13、到相和相的短路電流表達(dá)式。 6.3.3 無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)的突然三相短路電流 帶負(fù)載運(yùn)行的發(fā)電機(jī)突然短路時(shí)，仍然遵循磁鏈?zhǔn)睾阍?，從物理概念可以推論出短路電流中仍有前述的各種分量，所不同的是短路前已有電樞反應(yīng)磁通，所以定子短路電流表達(dá)式略有不同。但顯然穩(wěn)態(tài)短路電流仍為。 一般情況下負(fù)載電流不是純感性的，它的電樞反應(yīng)磁通按雙反應(yīng)原理分解為縱軸電樞反應(yīng)磁通和橫軸電樞反應(yīng)磁通，這時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓平衡方程式為式(2-7)（2-8）。 圖 6-8 定子回路電阻為零時(shí)，負(fù)載情況下突然短路瞬間的縱軸方向磁通圖 在負(fù)載情況下突然短路，當(dāng)假定定子回路電阻為零時(shí)，短路瞬間的定子基波交流分量初始值只有縱軸電樞反

14、應(yīng)，即，圖 6-8 為該時(shí)刻縱軸方向的磁通圖。短路瞬間，定子基波電流突然增大()，為保持勵(lì)磁回路磁鏈?zhǔn)睾?，?lì)磁繞組中產(chǎn)生自由直流分量，其對(duì)應(yīng)的磁通和以抵制產(chǎn)生的磁通(即電樞反應(yīng)的增量)穿過(guò)勵(lì)磁繞組。與空載短. . 路分析方法類似，走勵(lì)磁繞組漏磁通路徑，對(duì)定子繞組的作用可用定子電流增量在相應(yīng)的電樞反應(yīng)電抗上的電壓降來(lái)表示。此時(shí)定子縱軸的電壓平衡方程式為 （6-27） 將式(6-27)展開(kāi)且有，則有 （6-28） 將式(6-28)略加整理 再由，可得 （6-29） 由穩(wěn)態(tài)方程式(2-7，2-8)知: 則有（6-30） 式(6-30)等號(hào)左端由短路前的運(yùn)行方式所決定，可以看作是短路前橫軸分量在后的電

15、動(dòng)勢(shì)，稱其為橫軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)，即 （6-31） 則式(6-31)可表示為 （6-32） 即帶負(fù)荷短路時(shí)，定子基波交流分量暫態(tài)短路電流的起始值為 （6-33） 由上所述，暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)可以用短路前的運(yùn)行方式由式(6-31)求得，再利用式(6-33)來(lái)計(jì)算短路瞬間的暫態(tài)短路電流的起始值，這表明了暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)在短路前后瞬間是不變的。實(shí)際上嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明了與短路前勵(lì)磁繞組匝鏈的磁鏈成正比，具體表達(dá)式為 （6-34） 式中為勵(lì)磁繞組電抗。 . . 根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾阍恚瑒?lì)磁繞組的總磁鏈在短路瞬間不能突變，故在短路瞬間也不會(huì)變，即 （6-35） 顯然， 只要把空載短路電流表達(dá)式(6-26)中與對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)換成，

16、則可得到負(fù)載情況下突然短路時(shí)的定子 A 相短路電流的表達(dá)式 （6-36） 如果短路不是發(fā)生在發(fā)電機(jī)端部，而是有外接電抗情況下，則以，分別去代替式中的、即可。這時(shí)各電流分量的幅值將減小，較機(jī)端短路時(shí)增大，按衰減的電流衰減變慢。而較機(jī)端短路時(shí)減小，按衰減的電流分量，由于外電路中電阻所占的比重增大，加快了衰減。 由式(6-31)可見(jiàn)，雖然可用穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算，但首先必須要確定定子電流的縱軸和橫軸分量，即要確定軸和軸。為簡(jiǎn)化計(jì)算，常常采用另一個(gè)暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)來(lái)近似代替，即 （6-37） 式中，為后的虛構(gòu)電動(dòng)勢(shì)，是計(jì)算用電勢(shì)。 由式(6-37)可見(jiàn)，的數(shù)值亦可由正常穩(wěn)態(tài)參數(shù)求得。同時(shí)近似認(rèn)為具有短路瞬間不突變的

17、性質(zhì)，則可用來(lái)計(jì)算暫態(tài)短路電流基波分量的起始值。 圖 6-9 含有，的相量圖 . . 圖 6-10 無(wú)阻尼發(fā)電機(jī)的暫態(tài)等值電路 圖 6-9 示出，的相量關(guān)系，圖 6-10 為發(fā)電機(jī)用暫態(tài)電抗后電勢(shì)表示的暫態(tài)等值電路。實(shí)際上在 軸上的分量即為，因兩者之間的夾角很小，故兩者在數(shù)值上差別不大，可以用近似代替。但并不具備正比于 的性質(zhì)。 用代替后，發(fā)電機(jī)機(jī)端短路電流基波分量的起始值可以表示為 （6-38） 6.3.4 有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)的突然三相短路電流 以上的分析中沒(méi)有考慮阻尼繞組的作用，實(shí)際的發(fā)電機(jī)中存在著阻尼繞組。由于阻尼繞組的存在使發(fā)電機(jī)突然短路過(guò)程的分析和計(jì)算更加復(fù)雜。但從基本概念和分析的

18、方法來(lái)看與無(wú)阻尼時(shí)是基本相似的。 有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然短路的特殊性在于，電樞反應(yīng)磁通的變化量不但企圖穿過(guò)勵(lì)磁繞組，還將穿過(guò)縱軸阻尼繞組和橫軸阻尼繞組。而縱軸阻尼繞組和橫軸阻尼繞組為維持自身磁鏈不突變，必然要感應(yīng)出自由分量的電流，而且縱軸阻尼繞組和勵(lì)磁繞組之間還存在著互感關(guān)系。因此短路瞬間縱軸方向的磁鏈?zhǔn)睾闶强窟@兩個(gè)繞組的自由分量共同維持的。由于 軸方向也有閉合線圈，要準(zhǔn)確、全面地分析有阻尼同步發(fā)電機(jī)的短路電流時(shí)必須考慮橫軸方向的磁鏈?zhǔn)睾?。這里只重點(diǎn)介紹縱軸方向的次暫態(tài)電抗和實(shí)用的次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)。 圖 6-11 計(jì)及阻尼繞組時(shí)同步發(fā)電機(jī)短路后縱軸方向的磁通圖 (a) 空載；(b) 空載等值 圖

19、 6-11(a)為空載時(shí)計(jì)及阻尼繞組短路后的縱軸磁通圖。其中，和為勵(lì)磁電流產(chǎn)生的主磁通和漏磁通；為勵(lì)磁繞組和縱軸阻尼繞組共同產(chǎn)生的磁通；為產(chǎn)生的漏磁通；為縱軸阻尼繞組的漏磁通；為定子短路電流產(chǎn)生的磁通。為維持短路瞬間勵(lì)磁繞組磁鏈不變，有如下磁通平衡方程： . . 圖 6-11(b)是與圖 6-11(a)等值的、電樞反應(yīng)磁通走漏磁路徑的磁通圖。由圖 6-11(b)可以看出，短路瞬間為維持勵(lì)磁回路的總磁鏈不變，電樞反應(yīng)磁通穿過(guò)氣隙后被迫走勵(lì)磁繞組和縱軸阻尼繞組的漏磁路徑。由于經(jīng)過(guò)磁路的路徑更長(zhǎng)， 磁阻比圖 6-7(c)所示的還要大， 因此所對(duì)應(yīng)的縱軸電抗比暫態(tài)電抗還要小，稱這時(shí)對(duì)應(yīng)的縱軸等值電抗為

20、次暫態(tài)電抗，且，其中為電樞反應(yīng)磁通走縱軸阻尼繞組和勵(lì)磁繞組漏磁路徑時(shí)對(duì)應(yīng)的電樞反應(yīng)電抗，顯然。 可以推論，在橫軸方向也存在著橫軸等值次暫態(tài)電抗，且。 空載短路時(shí)，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為空載電動(dòng)勢(shì)，故次暫態(tài)短路電流的起始值為 （6-39） 稱為次暫態(tài)短路電流起始值。 在負(fù)載短路時(shí)，類似不考慮阻尼繞組負(fù)載短路的分析，有如下的電壓平衡方程式 （6-40） 式中，為后的虛構(gòu)電動(dòng)勢(shì)，與類似，也是計(jì)算用電勢(shì)。 由式(4-40)可見(jiàn)，的數(shù)值同樣可由正常穩(wěn)態(tài)參數(shù)求得。 同樣近似認(rèn)為具有短路瞬間不突變的性質(zhì)，則可用來(lái)計(jì)算次暫態(tài)短路電流基波分量的起始值。 圖 6-12 有阻尼發(fā)電機(jī)的次暫態(tài)等值電路 圖 6-12 示出發(fā)電

21、機(jī)用次暫態(tài)電勢(shì)為等值電動(dòng)勢(shì)時(shí)的等值電路圖。則發(fā)電機(jī)機(jī)端短路次暫態(tài)短路電流基波分量的起始值可以表示為 （6-41） 同樣如果短路不是發(fā)生在發(fā)電機(jī)端部，而是有外接電抗情況下，則以代替上式中的即可。 . . 以上從物理概念出發(fā)，分析了突然短路后的發(fā)電機(jī)暫態(tài)和次暫態(tài)過(guò)程。 通過(guò)以上的討論可以清楚地看到，同步發(fā)電機(jī)短路電流的基波交流分量在短路后暫態(tài)過(guò)程中是不斷變化的。變化的根本原因是定子三相繞組空間內(nèi)有閉合的轉(zhuǎn)子繞組而改變著定子電樞反應(yīng)磁通的路徑，使定子繞組的等值電抗發(fā)生變化。以上給出的概念和計(jì)算公式對(duì)于工程上近似計(jì)算短路電流已足夠準(zhǔn)確。 例 6-2 一臺(tái)額定容量為的同步發(fā)電機(jī)，額定電壓為，額定功率因數(shù)

22、為 0.8，次暫態(tài)電抗為 0.135(以發(fā)電機(jī)額定參數(shù)為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值)。 試計(jì)算發(fā)電機(jī)在空載情況下(端電壓為額定電壓)突然三相短路后短路電流交流分量的起始幅值。 解 發(fā)電機(jī)空載情況下(標(biāo)幺值) 基波交流分量起始有效值的標(biāo)幺值為 發(fā)電機(jī)的額定電流也即發(fā)電機(jī)的基準(zhǔn)電流為 短路電流交流分量起始幅值(有名值)為 由上例可見(jiàn)，短路電流交流分量起始幅值可達(dá)額定電流的 10 倍以上。如再考慮最嚴(yán)重情況下短路時(shí)，直流分量有最大值，這時(shí)的短路電流的最大瞬時(shí)值將接近額定電流的 20 倍。 6.3.5 自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置對(duì)短路電流的影晌 前面對(duì)同步發(fā)電機(jī)暫態(tài)過(guò)程的分析，都沒(méi)有考慮發(fā)電機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的影響?，F(xiàn)代

23、電力系統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)均裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置，它的作用是當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓偏離給定值時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓，改變勵(lì)磁電流，從而改變發(fā)電機(jī)的空載電勢(shì)，以維持發(fā)電機(jī)端電壓在允許范圍內(nèi)。 當(dāng)發(fā)電機(jī)端點(diǎn)或端點(diǎn)附近發(fā)生突然短路時(shí)，端電壓急劇下降，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置中的強(qiáng)行勵(lì)磁裝置就會(huì)迅速動(dòng)作，增大勵(lì)磁電壓到它的極限值，以盡快恢復(fù)系統(tǒng)的電壓水平和保持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。下面以自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置中的一種繼電強(qiáng)行勵(lì)磁裝置的動(dòng)作原理，來(lái)分析自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置對(duì)短路電流的影響。 圖 6-13 具有繼電強(qiáng)行勵(lì)磁的勵(lì)磁系統(tǒng)示意圖 圖 6-14的變化曲線 圖 6-13 是具有繼電強(qiáng)行勵(lì)磁的勵(lì)磁系統(tǒng)示意圖， 發(fā)電機(jī)端點(diǎn)或端點(diǎn)附近短路，

24、使發(fā)電機(jī)端電壓下降到額定電壓的 85%以下時(shí)，低電壓繼電器的觸點(diǎn)閉合，接觸器動(dòng)作，勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)電阻被短接，勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組兩端的電壓升高。但由于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組具有電感，它的電流不可能突然增大，以致. . 使與之對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁機(jī)電壓也不可能突然增高，而是開(kāi)始上升慢，后來(lái)上升快，最后達(dá)到極限值，如圖6-14 中按曲線 1 的規(guī)律變化。為了簡(jiǎn)化分析，通常認(rèn)為近似按指數(shù)規(guī)律上升到最大值，即用圖 4-14中曲線 2 所示的指數(shù)曲線代替實(shí)際曲線 1，從而得到勵(lì)磁機(jī)電壓 （6-42） 式中，是勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組的時(shí)間常數(shù)。 勵(lì)磁電壓的增大，使勵(lì)磁電流產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的增量。由于強(qiáng)行勵(lì)磁裝置只在轉(zhuǎn)子軸方向起作用，這個(gè)電流的變化量