同步發(fā)電機的非正常運行課件

[內容]

17.3幾種不對稱穩(wěn)態(tài)短路的分析

17.1概述17.2不對稱運行的相序方程式和等效電路17.5不對稱運行對同步發(fā)電機的影響17.6超導體閉合回路的磁鏈守恒定則17.7三相突然短路分析[要求]●理解和掌握對稱分量法的應用，理解正序、負序和零序電抗的概念。●了解不對稱運行對發(fā)電機的影響。●了解失磁運行的物理過程及發(fā)電機的狀態(tài)表現(xiàn)?！窭斫獍l(fā)電機振蕩的成因及現(xiàn)象。●掌握發(fā)電機瞬態(tài)電抗的物理意義，了解三相突然短路對發(fā)電機的危害。17.2同步發(fā)電機的不對稱運行不對稱原因：單相負載較大時.發(fā)生不對稱短路.

分析方法：對稱分量法：三相不對稱量正序負序零序分別求解，然后疊加。一、各相序電抗1．正序電抗同步發(fā)電機對稱運行時的相序定義為正序，其同步電抗稱為正序電抗。隱極電機：凸極電機：（Fa處于d軸時）（Fa處于q軸時）（Fa在其它位置）直軸交軸負序電抗等效電路忽略定、轉子電阻，參照異步電機等效電路，可畫出同步電機負序電抗等效電路。對應異步機Xm勵磁繞組漏電抗直軸阻尼繞組漏電抗定子漏抗

交軸阻尼繞組漏電抗對應異步機Xm交軸上沒有勵磁繞組對應異步機轉子漏抗直軸負序電抗：交軸負序電抗：負序磁場與轉子之間有二倍同步轉速的相對運動，負序磁場軸線時而與轉子直軸重合，時而與交軸重合，因此，負序電抗的值介于直軸和交軸負序電抗之間。一般取平均值：稱為交軸超瞬態(tài)電抗稱為直軸超瞬態(tài)電抗3．零序電抗零序電流流過定子繞組所遇到的電抗就是零序電抗。電角度，合成為零。故零序電流只產生漏磁通。零序電抗很?。喝嗔阈螂娏魍笮?、同相位，建立三個脈動磁動勢，這三個脈動磁動勢，大小相等、空間互差§17.3幾種不對稱穩(wěn)態(tài)短路分析1.單相穩(wěn)態(tài)短路設U相發(fā)生穩(wěn)態(tài)短路，表示短路電流，側

電流的對稱分量各相序方程式單相穩(wěn)態(tài)短路電流2.兩相穩(wěn)態(tài)短路設V、W短路，U相空載

因為零序電流等于零，故零序系統(tǒng)不予考慮。將電壓分解為對稱分量根據(jù)正、負序電路得兩相穩(wěn)態(tài)短路電流§17.5不對稱運行對發(fā)電機的影響減小負序磁場的方法：在同步發(fā)電機的轉子上裝設阻尼繞組，它能夠起到削弱負序磁場的作用，從而提高發(fā)電機承受不對稱負載的能力。1．引起轉子表面發(fā)熱負序電流產生反轉磁場以二倍同步速截切轉子，在勵磁繞組、阻尼繞組、轉子鐵心表面感應出倍頻電流，在轉子繞組中產生額外銅損耗，在轉子鐵心表面感應渦流而引起附加鐵心損耗。使轉子溫度過高而發(fā)熱。2．引起發(fā)電機振動負序磁場以二倍同步轉速與轉子磁場相互作用，產生倍頻的交變電磁轉矩，作用于定、轉子鐵心和機座上，將產生100HZ的振動。不對稱運行還會造成電網(wǎng)電壓不對稱，直接影響負載運行。補充內容同步發(fā)電機的失磁運行指發(fā)電機失去直流勵磁后，仍帶有一定的有功功率，以低轉差率與電網(wǎng)繼續(xù)并聯(lián)運行的一種特殊運行方式。失磁運行:失磁原因:勵磁繞組開路或短路、滅磁開關誤動作使勵磁繞組經滅磁電阻閉合等。失磁后，不必立刻將發(fā)電機與電網(wǎng)解列，應盡快查明原因，排除故障。一、發(fā)電機失磁時的電磁過程失磁時失去同步，進入異步狀態(tài)：同步發(fā)動機進入異步發(fā)電狀態(tài)，異步電磁轉矩為制動轉矩。即此時調速系統(tǒng)開始動作異步發(fā)電穩(wěn)定運行。失磁后：同步發(fā)電機→異步發(fā)電機輸出感性無功→吸收感性無功規(guī)定，汽輪發(fā)電機的異步運行時間不得超過30min，水輪發(fā)電機不允許異步運行。三、失磁運行的不良影響發(fā)電機失磁后，運行人員必須盡快查明失磁原因，排除故障。若不能及時恢復勵磁，則必須做停機處理。勵磁繞組、阻尼繞組及轉子鐵心中感應出交流電流，產生附加損耗，發(fā)熱；失磁后發(fā)電機從系統(tǒng)吸取感性無功，使電力系統(tǒng)出現(xiàn)無功不足。當某臺發(fā)電機失磁而使電網(wǎng)電壓下降時，電網(wǎng)中的其他發(fā)電機會自動增大勵磁，以供給失磁發(fā)電機所需要的額外感性無功。因此允許汽輪發(fā)電機失磁運行一段時間。補充內容同步發(fā)電機的振蕩振蕩時，發(fā)電機的功角、轉速、電壓、電流、功率及轉矩均發(fā)生周期性變化。振蕩幅值較大時，對電機本身及電網(wǎng)均將造成不利影響。一、振蕩的物理現(xiàn)象在a點穩(wěn)定運行時，功角為為分析方便，忽略各種損耗。若突然改變發(fā)電機的負載，則功角和轉速將發(fā)生振蕩。發(fā)電機并網(wǎng)運行時：若逐漸增加發(fā)電機的負載，則功角逐漸增加，其過程是平緩的。

在b點，n>n1，且因慣性將繼續(xù)加速

功率平衡。到c點，n=

n1轉速平衡，到b點，因慣性n

↓,如此反復,形成振蕩。輸入轉矩電磁轉矩3．有功功率表在全刻度范圍內擺動振蕩時發(fā)電機輸出有功隨功角時大時小變化，造成功率表指示在全刻度范圍內擺動。二、振蕩運行時各表計的指示情況1．定子電流表指針劇烈擺動電網(wǎng)中，振蕩的發(fā)電機與其它發(fā)電機之間出現(xiàn)電動勢差，而產生環(huán)流。由于轉速擺動，轉矩和功率時大時小，造成環(huán)流時大時小，定子電流表指示來回擺動。環(huán)流加上原來的負荷電流，使定子電流有可能超出正常值。2．發(fā)電機電壓表指針劇烈擺動，并經常降低振蕩時，功角變化引起電壓擺動；電流的增加，阻抗壓降的增大導致電壓下降。4．轉子電流表、電壓表指針在正常值附近擺動

振蕩時，定子磁場和轉子之間有相對運動，在轉子繞組中感應交變電流，其疊加在直流勵磁電流上，使轉子電流表、電壓表指針在正常值附近擺動?！?7.7同步發(fā)電機的三相突然短路一、超導體閉合回路的磁鏈守恒原理超導體：是指電阻為零的導體。參考方向實際方向超導線圈

則當外磁場引起超導回路磁鏈發(fā)生變化時，由感應電流產生的磁鏈將恰好抵消這種變化，使得任意瞬間超導回路總磁鏈保持不變，這就是超導體閉合回路的磁鏈守恒原理。設N極突然移入線圈，使變化，二、三相突然短路時同步電抗的變化此時，電樞磁通對應電抗為直軸電抗,大小將隨突然短路過渡過程由小到大變化。短路時滯后方向相反。1．超瞬態(tài)電抗設短路前空載運行勵磁繞組阻尼繞組交鏈勵磁磁通短路瞬間磁鏈守恒→勵磁繞組阻尼繞組交鏈不變。保持不變。穿過突然短路電流→勵磁繞組阻尼繞組→感應電流→

外側漏磁路通過，因磁阻很大，故很小。阻尼繞組勵磁繞組從等效成超瞬態(tài)穩(wěn)態(tài)3．穩(wěn)態(tài)電抗當勵磁繞組中感應電流衰減為零時，過渡過程結束，進入穩(wěn)態(tài)短路。穿過阻尼繞組和勵磁繞組，此時，直軸同步電抗穩(wěn)態(tài)短路電流定子短路電流變化使電樞反應磁通幅值變化，在轉子繞組中感應電動勢及感應電流，這一電磁過程與變壓器類似。電樞繞組相當于變壓器的一次繞組；勵磁和阻尼繞組相當于二次（短路）繞組。仿變壓器等效電路，可得到發(fā)電機突然短路時的超瞬態(tài)和瞬態(tài)電抗的等效電路:突然短路過渡過程期間:對應較大