6.3-同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析资料
6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流分析 6.3.1 同步发电机在空载情况下突然三相短路的物理过程 上一节讨论了无限大电源供电电路发生三相对称短路的情况。实际上电力系统发生短路故障时，大多数情况下作为电源的同步发电机不能看成无限大容量，其内部也存在暂态过程，因而不能保持其端电压和频率不变。所以一般在分析和计算电力系统短路时，必须计及同步发电机的暂态过程。由于发电机转子的惯量较大，在分析短路电流时可以近似地认为发电机转子保持同步转速，只考虑发电机的电磁暂态过程。 同步发电机稳态对称运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，由于它与转子没有相对运动，因而不会在转子绕组中感应出电流。但是在发电机端突然三相短路时，定子电流在数值上将急剧变化。由于电感回路的电流不能突变，定子绕组中必然有其它自由电流分量产生，从而引起电枢反应磁通变化。这个变化又影响到转子，在转子绕组中感生出电流，而这个电流又进一步影响定子电流的变化。定子和转子绕组电流的互相影响是同步电机突然短路暂态过程区别于稳态短路的显著特点，同时这种定、转子间的互相影响也使暂态过程变得相当复杂。 图6-6 凸极式同步发电机示意图 图6-6为凸极同步发电机的示意图。定子三相绕组分别用绕组，，表示，绕组的中心轴，，轴线彼此相差120o。转子极中心线用轴表示，称为纵轴或直轴；极间轴线用轴表示，称为横轴或交轴。转子逆时针旋转为正方向，轴超前轴90o。励磁绕组的轴线与轴重合。阻尼绕组用两个互相正交的短接绕组等效，轴线与轴重合的称为阻尼绕组，轴线与轴重合的称为阻尼绕组。 定子各相绕组轴线的正方向作为各绕组磁链的正方向，各相绕组中正方向电流产生的磁链的方向与绕组轴线的正方向相反，即定子绕组中正电流产生负磁通。励磁绕组及轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，轴阻尼绕组磁链的正方向与轴正方向一致，转子绕组中正向电流产生的磁链与轴线的正方向相同，即在转子方面，正电流产生正磁通。下面分析发电机空载突然短路的暂态过程。 1.定子回路短路电流 设短路前发电机处于空载状态，气隙中只有励磁电流产生的磁链，忽略漏磁链后，穿过主磁路为主磁链匝链定子三相绕组，又设为转子轴与A相绕组轴线的初始夹角。由于转子以同步转速旋转，主磁链匝链定子三相绕组的磁链随着的变化而变化，因此 （6-17）
题目：短路电流及其计算 讲授内容提要：三相短路、两相短路及单相短路的计算 短路电流的效应及短路校验条件 教学目的：掌握三相短路、两相短路及单相短路电流的计算，会根据短路条件进行设备校验。 教学重点：欧姆法和标幺值法计算短路电流的方法，掌握短路热稳定和动稳定校验的方法。 教学难点：欧姆法和标幺值法计算短路电流的方法 采用教具和教学手段：多媒体及板书 授课时间：年月日授课地点：新教学楼教室 注：此页为每次课首页，教学过程后附；以每次（两节）课为单元编写教案。
第三章 短路电流及其计算 本次课主要内容：三相短路、两相短路及单相短路的计算 短路电流的效应及短路校验条件 第三节 无限大容量电力系统中短路电流的计算 计算过程：绘出计算电路图、元件编号、绘等效电路、计算阻抗和总阻抗、计算短路电流和短路容量。 一、欧姆法进行三相短路计算 22 ) 3(3∑ ∑ += X R U I C K 计算高压短路时电阻较小，一般可忽略。 、电力系统的阻抗计算 OC C S S U X 2= 、电力变压器的阻抗计算 2)(N C K T S U P R ?≈ N C K T S U U X 2 100%? ≈ 、电力线路的阻抗计算 l R R WL 0= l X X WL 0= 、阻抗换算 2'' )(C C U U R R = 2'' )(C C U U X X = 三、标幺制法三相短路电流计算 、基准值 基准容量 MVA S d 100= （可以任意选取） 基准电压 c d U U = （通常取短路计算电压） 基准电流 C d d d d U S U S I 33==
基准电抗 d C d d d S U I U X 2 3= = 、元件标幺值： 电力系统电抗标幺值： OC d d C OC C d S S S S S U S U X X X ===*//22 电力变压器电抗标幺值： N d K d C N C K d T T S S U S U S U U X X X ?=?==*100%/100%2 2 电力线路电抗标幺值： 22/C d O d C O d WL WL U S l X S U l X X X X ?===* 、短路电流标幺值及短路电流计算 *)* 3()3(2) 3()3(1 3/3/∑ * ∑ ∑∑* = =====X I I I I X X S U U S X U I I I d d K K d C C d C d K K 、三相短路容量 ** ) 3()3(33∑ ∑== =X S X U I U I S d c d C K K 四、两相短路电流的计算 ∑ =Z U I C K 2) 2( 866.02/3/) 3()2(==K K I I 五、单相短路电流的计算 ∑ ∑∑++=321)1(3Z Z Z U I K ? 工程计算 0 )1(-= ??Z U I K 第四节 短路电流的效应和稳定度校验 一、短路电流的电动效应和动稳定度 动稳定度校验 一般电器： )3(max ) 3(max sh sh I I i i ≥≥
电力系统短路电流计算书 1 短路电流计算的目的 a. 电气接线方案的比较和选择。 b. 选择和校验电气设备、载流导体。 c. 继电保护的选择与整定。 d. 接地装置的设计及确定中性点接地方式。 e. 大、中型电动机起动。 2 短路电流计算中常用符号含义及其用途 a. 2I －次暂态短路电流，用于继电保护整定及校验断路器额定断充容量。 b. ch I －三相短路电流第一周期全电流有效值，用于校验电气设备和母线的动稳 定及断路器额定断流容量。 c. ch i －三相短路冲击电流，用于校验电气设备及母线的动稳定。 d. I ∞－三相短路电流稳态有效值，用于校验电气设备和导体的热稳定。 e. "z S －次暂态三相短路容量，用于检验断路器遮断容量。 f. S ∞－稳态三相短路容量，用于校验电气设备及导体的热稳定. 3 短路电流计算的几个基本假设前提 a. 磁路饱和、磁滞忽略不计。即系统中各元件呈线性，参数恒定，可以运用叠加原理。 b. 在系统中三相除不对称故障处以外，都认为是三相对称的。 c. 各元件的电阻比电抗小得多，可以忽略不计，所以各元件均可用纯电抗表示。 d. 短路性质为金属性短路，过渡电阻忽略不计。 4 基准值的选择 为了计算方便，通常取基准容量S b ＝100MVA ，基准电压U b 取各级电压的平均 电压，即 U b ＝U p ＝，基准电流 b b I S =；基准电抗 2b b b b X U U S ==。
常用基准值表（S 基准电压U b （kV ） 37 115 230 基准电流I b （kA ） 基准电抗X b （Ω） 132 530 各电气元件电抗标么值计算公式 元件名称 标 么 值 备 注 发电机（或电动机） " % "*100 cos d b N X S d P X φ =? "%d X 为发电机次暂态电抗的百 分值 变压器 %" * 100 k b N U S T S X = ? %k U 为变压器短路电压百分值， S N 为最大容量线圈额定容量 电抗器 2%*100 3k N b N b X U S k I U X =? ? %k X 为电抗器的百分电抗值 线路 2*0b b S l U X X l =? 其中X 0为每相电抗的欧姆值 系统阻抗 *b b kd S S c S S X = = S kd 为与系统连接的断路器的开断容量；S 为已知系统短路容量 其中线路电抗值的计算中，X 0为： a. 6~220kV 架空线 取 Ω/kM b. 35kV 三芯电缆 取 Ω/kM c. 6～10kV 三芯电缆 取 Ω/kM 上表中S N 、S b 单位为MVA ，U N 、U b 单位为kV ，I N 、I b 单位为kA 。 5 长岭炼油厂短路电流计算各主要元件参数 系统到长炼110kV 母线的线路阻抗（标么值） a. 峡山变单线路供电时： 最大运行方式下：正序； 最小运行方式下：正序 b. 巴陵变单线路供电时： 最大运行方式下：正序
供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作.为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。 二.计算条件 1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。 具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限大.只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。 2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。 3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件.因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流.能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。 三.简化计算法 即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要.一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法. 在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念. 1.主要参数 Sd三相短路容量 (MVA)简称短路容量校核开关分断容量 Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流 和热稳定 IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定 ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定 x电抗(Ω) 其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键. 2.标么值
短路电流及其计算 第一节短路电流概述 本节将了解短路的原因及危害，掌握短路的种类，并知道短路电流计算的基本方法。 一、短路的概念 短路时至三相电力供电系统中，相与相或相与地的导体之间非正常连接。 在电力系统设计和运行中，不仅要考虑正常工作状态，而且还必须考虑到发生事故障碍时所照成的不正常工作状态。实际运行表明，在三相供电系统中，破坏供电系统正常运新的故障最为常见而且危害最大的就是各种短路。当发生短路时，电源电压被短接，短路回路阻抗很小，于是在回路中流通很大的短路电流。 对中性点不接地的系统又相遇相之间的短路；对于中性点接地的系统又相遇相之间的短路，一项于几项与大地相连接以及三相四线制系统中相与零项的连接等，其中两相接地的短路实际上是两相短路。常见的短路形式如图3—1所示 2.短路的基本种类 在三相供电系统中，短路的类型主要有： （1）三相电路 三相短路是指供电系统中，三相在同一点发生短接。用“d（3）”表示，如图3-1a所示。（2）两相电路 两相短路是指三相供电系统中，任意两项在同一地点发生短接。用“d（2）”表示，如图3-1b 所示。 （3）单相电路 单相短路是指在中性点直接接地的电力系统中，任一项与地发生短接。用“d（1）”表示，如图3-1c所示。 （4）两相接地电路 两相接地的短路是指在中性点直接接地的电力系统中，不同的两项同时接地所形成的两相短路，用“d（1-1）”表示，如图3-1d所示。 按短路电流的对称性来说，发生三相短路时，三项阻抗相等，系统中的各处电压和电流仍保持对称，属于对称性短路，其他形式的短路三相阻抗都不相等，三相电压和电流不对称，均为不对称短路。
《电力系统分析》课程设计报告题目：3G9bus短路电流计算 系别电气工程学院 专业班级10级电气四班 学生姓名 学号 指导教师 提交日期 2012年12月10日
目录 一、设计目的 (3) 二、短路电流计算的基本原理和方法 (3) 2.1电力系统节点方程的建立 (3) 2.2利用节点阻抗矩阵计算短路电流 (4) 三、3G9bus短路电流在计算机的编程 (6) 3.1、三机九节点系统 (6) 3.3输出并计算结果 (13) 四．总结 (15)
一、设计目的 1.掌握电力系统短路计算的基本原理； 2.掌握并能熟练运用一门计算机语言（MATLAB 语言或FORTRAN 或C 语言或C++语言）； 3.采用计算机语言对短路计算进行计算机编程计算。 二、短路电流计算的基本原理和方法 2.1电力系统节点方程的建立 利用节点方程作故障计算，需要形成系统的节点导纳（或阻抗）矩阵。一般短路电流计算以前要作电力系统的潮流计算，假定潮流计算的节点导纳矩阵已经形成，在此基础上通过追加支路的方式形成电力短路电流计算的节点导纳矩阵YN 。 1）对发电机节点 在每一发电机节点增加接地有源支路 i E 与i i i Z R jX =+串联 求短路稳态解: i Qi E E = i i qi Z R jX =+ 求短路起始次暂态电流解:i i E E ''= i i i Z R jX ''=+ 一般情况下发电机定子绕组电阻忽略掉，并将i E 与i i i Z R jX =+的有源支路转化成电流源 i i i I E Z =与导纳 1 i i i i i Y G B R jX =+= +并联的形式 2）负荷节点的处理 负荷节点在短路计一算中一般作为节点的接地支路，并用恒定阻抗表示，其数值由短路前瞬间的负荷功率和节点实际电压算出，即首先根据给定的电力系统运行方式制订系统的等值电路，并进行各元件标么值参数的计算，然后利用变压器和线路的参数形成不含发电机和负荷的节点导纳矩阵 YN 。 2?k LDk LDk LDk LDk V Z R jX S =+= 2 ?LDk LDk LDk LDk k S Y G jB V =+=
第七章短路电流计算 Short Circuit Current Calculation §7-1 概述General Description 一、短路的原因、类型及后果 The cause, type and sequence of short circuit 1、短路：是指一切不正常的相与相之间或相与地（对于中性点接地 的系统）发生通路的情况。 2、短路的原因： ⑴元件损坏 如绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良等所造成的设备缺陷发展成短路. ⑵气象条件恶化 如雷击造成的闪络放电或避雷器动作；大风造成架空线断线或导线覆冰引起电杆倒塌等. ⑶违规操作 如运行人员带负荷拉刀闸；线路或设备检修后未拆除接地线就加电压. ⑷其他原因 如挖沟损伤电缆,鸟兽跨接在裸露的载流部分等. 3、三相系统中短路的类型： ⑴基本形式: )3(k—三相短路；)2(k—两相短路； )1( k—单相接地短路；)1,1(k—两相接地短路； ⑵对称短路：短路后，各相电流、电压仍对称,如三相短路； 不对称短路：短路后，各相电流、电压不对称; 如两相短路、单相短路和两相接地短路. 注:单相短路占绝大多数；三相短路的机会较少,但后果较严重。4、短路的危害后果 随着短路类型、发生地点和持续时间的不同，短路的后果可能只破坏局部地区的正常供电，也可能威胁整个系统的安全运行。短路的危险后果一般有以下几个方面。 （1）电动力效应 短路点附近支路中出现比正常值大许多倍的电流，在导 体间产生很大的机械应力，可能使导体和它们的支架遭 到破坏。 （2）发热 短路电流使设备发热增加，短路持续时间较长时，设备 可能过热以致损坏。 （3）故障点往往有电弧产生，可能烧坏故障元件，也可能殃
同步发电机突然短路的分析 一、实验目的 1.学会使用MATLAB软件对电力系统进行时域仿真分析，加深对电力系统短路时暂态过程的理解。 2.通过实验，进一步理解有限容量系统和无穷大系统短路时暂态过程的不同 二、实验原理 同步电机是电力系统中的重要元件，由多个有磁耦合关系的绕组构成，同步电机突然短路的暂态过程要比恒定电压源电路复杂很多，所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响。 同步电机短路时，由于定子绕组中周期分量电流突变将对转子产生电枢反应，该反应产生交链励磁绕组的磁链。为了维持励磁绕组在短路瞬间总磁链不变，励磁绕组内将产生直流电流分量，其方向与原有的励磁电流方向相同，它产生的磁通也有一部分要穿过定子绕组，从而使定子绕组的周期分量电流增大。因此在有限容量系统突然发生三相短路时，短路电流的初值将大大超过稳态短路电流，最终衰减为稳态短路电流。 三、实验内容 电力系统时域分析实例（仿真） 范例：同步电机突然短路模型如图所示—使用简化的同步电机(Simplified Synchronous Machine)，使用三相并联RLC负载并通过三相电路短路故障发生器元件实现同步电机的三相短路。 图1 同步电机突然短路电路模型
1、从电机元件库选择简化的同步电机(Simplified Synchronous Machine)元件，设置参数如下 2、从测量元件库中选择三相电压—电流测量元件，进行参数设置。电压测 量选项中选择测量相电压（phase-to-ground）用来测量同步发电机突然短路后三相电压的变化。 3.从线路元件库中选择三相短路故障发生器（3-phase-Fault）,双击将三 相故障同时选中并设置转换时间。 4.从线路元件库中选择三相并联RLC负载元件，参数设置如下：
变压器短路电流的实用计算方法 胡浩，杨斌文，李晓峰 （湖南文理学院，湖南常德415000） 基金项目：湖南省科技厅计划项目（2007FJ3046） 1前言 在电力系统中，对于电气设备的选用、电气接线方案的选择、继电保护装置的设计与整定以及有关设备热稳定与动稳定的校验等工作，都需要对变压器的短路电流进行计算。短路电流的计算，一般采用有名制或标幺值算法，再者是应用曲线法。然而,无论哪种方法应用起来都比较繁琐，尤其是对于企业的技术人员与农村的电工，因缺乏相应的技术资料，又不能从变压器铭牌上查到所有计算短路电流的数据，所以想快速算出短路电流值是相当困难的。笔者在多年的实际工作中，依据变压器的基本原理与基本关系式，总结出快速计算短路电流值的实用方法，以满足现场与工程上的需要。 2变压器低压三相短路时高压侧短路电流的计算 变压器的阻抗电压是在额定频率下，变压器低压绕组短接，高压绕组施加逐步增大的电压，当高压绕组中的电流达到额定电流时，所施加的电压为阻抗电压Ud，一般以高压侧额定电压U1N为基础来表示： Ud%=Ud/U1N×100% （1） 由变压器的等值电路可知，低压侧短路后的阻抗折算到高压侧，与高压侧阻抗相加后得总的阻抗Zd，在阻抗电压Ud时，高压绕组电流为额定值I1N， 即： I1N=Ud/Zd （2） 如果高压绕组的电压为U1，则此时高压绕组的电流I1为： I1=U1/Zd （3） 由式（2）和式（3）可得： I1=U1/Ud*I1N （4） 对于单个变压器，其容量远小于电力系统的容量，故可以认为当变压器低压侧出现短路时，高压侧电压不变，即为U1N，代入式（4）就可得到变压器低压侧短路时，高压侧的短路电流I1d： I1d=U1N/Ud*I1N （5） 将式（1）中的Ud代入式（5）得： I1d=I1N/Ud%×100 （6） 而变压器高压绕组的额定电流I1N可表示为： I1N=SN/√3U1N （7） 式中SN———变压器的额定容量 将式（7）代入式（6）可得： I1d=100SN/√3U1NUd% （8） 由式（6）或式（8）可计算出变压器低压三相短路时，高压侧的短路电流值。 3变压器低压三相短路时低压侧短路电流的计算 由于变压器的励磁电流仅为I1N的1%~3%，忽略励磁电流，则高、低压绕组的电流I1、I2与电压U1、 U2的关系为： I1/I2=U2/U1=U2N/U1N 式中
第26卷第1期 湖北民族学院学报(自然科学版) V o.l26 N o.1 2008年3月 J ourna l o fHubei Institute for N ati ona liti es(N at ural Science Editi on) M a r.2008同步发电机突然三相短路的仿真研究 高仕红 (湖北民族学院电气工程系,湖北恩施445000) 摘要:同步发电机的突然三相短路,是电力系统最严重的故障,对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响,研究它有着非常重要的意义.在d-p坐标系统下,构建了同步发电机的数学模型以及动态等效电路.利用M a tlab7.1/Si m uli nk6.3的强大功能,构建了同步发电机机端突然三相短路的仿真模型,并对同步发电机的各物理量在短路期间进行了仿真研究.通过理论和仿真对比分析,同步发电机的各物理量在突然短路的暂态过程中产生很大的冲击和振荡,最后稳定在短路前的状态,仿真结果与理论分析相吻合.此方法还可用来研究同步发电机某些动态过程,从而为电机的优化设计提供必要的理论依据. 关键词:同步发电机;突然三相短路;数学模型;动态等效电路;仿真模型 中图分类号:TM301文献标识码:A文章编号:1008-8423(2008)01-0036-05 Si m ul ati on Study of Synchronous G enerator on Sudden Three-phase Short C ircuit GAO Sh i-hong (Depart m ent o f E l ec trical Eng i neeri ng,H ube i Institute f o r N a ti ona li ties,Enshi445000,Chi na) Abst ract:Three-phase short circuit of synchr onous generator is a seri o us fau lt i n t h e electric po w er sys-te m,wh ich is like l y to i n fl u ence bad l y on the nou m enon of electr icm ach i n e and correlati v e electric equ i p-m en,t so it is i m portant to study i.t In the reference fra m e,m athe m atic m ode l and dyna m ic equivalent c ir-cu itw as bu il.t By m aking use of po w erful f u ncti o n ofM atlab7.1/S i m uli n k6.3,si m ulati o n mode l of syn-chronous generator on sudden three-phase short circu it w as buil,t vari o us physica l quantities were stud-ied by si m u lation duri n g t h e short c ircu i.t By co mpari n g theoretics w ith si m ulati o n,various physica l quan-tities o f synchronous generator produced tre m endous i m pact and surge duri n g the sudden circu it and they stabilized in the pr oceedi n g state of short c ircu i.t The e m u lational resu lts are consi s tent w ith theore tic a-nalysis.Th ism ethod is a lso for the use o f researching certa i n dyna m ic course of synchronous generator, w hich provided necessary theoreti c basis for opti m u m desi g n of e lectric m ach i n e. K ey w ords:synchronous generator;sudden three-phase short c ircu i;t m athe m atic m ode;l dyna m ic equ i v-alent circu i;t si m ulati o n m odel 同步发电机是电力系统中最重要和最复杂的元件,由多个具有电磁耦合关系的绕组构成.同步发电机突然短路的暂态过程所产生的冲击电流可能达到额定电流的十几倍,对电机本身和相关的电气设备都可能产生严重的影响,因此对同步发电机动态特性的研究历来是电力系统中的重要课题之一[1~3].而同步电机的突然三相短路,是电力系统的最严重的故障,它是人们最为关心、研究最多的过渡过程.虽然短路过程所经历的时间是极短的(通常约为0.1~0.3s),但对电枢短路电流和转子电流的分析计算,却有着非常重要的意 收稿日期:2007-12-12. 基金项目:湖北省教育厅科学研究计划项目(B20082908). 作者简介:高仕红(1971-),男,硕士,讲师,主要从事电机控制和同步电机励磁控制.
目录 1 引言 (1) 1.1 研究目的与意义 (1) 1.2 发电机故障诊断技术的发展状况 (1) 1.3 发电机转子绕组匝间短路故障检测的研究现状 (2) 1.4 本文的内容和主要工作 (4) 2 汽轮发电机转子绕组匝间短路的理论分析 (6) 2.1 汽轮发电机的转子结构 (6) 2.2 转子绕组发生匝间短路的原因 (6) 2.3 匝间短路的磁场分析 (7) 2.3.1 发电机发生匝间短路的磁场分析 (9) 3 发电机转子绕组匝间短路故障的探测线圈法 (12) 3.1 探测线圈法的测试原理 (12) 3.2 探测线圈的结构及置放 (14) 3.2.1 诊断系统及其功能组成 (15) 3.2.2 基本参数 (16) 3.2.3 传感器安装和定位 (16) 3.3.3 故障判断 (16) 3.3 大亚湾核电站发电机组的探测线圈法实例分析 (17) 参考文献 (20)
1引言 1.1研究目的与意义 随着我国国民经济的快速发展，电力工业正处于大电机和大电网的发展阶段。人们的生活和生产水平迅速提高，使得电能需求量日益增长，进而对电力系统的供电质量、可靠性及经济性等指标的要求也不断提高。发电机是电能生产的重要设备，它为整个电力系统提供电能，是整个电网的心脏，因此如果发电机发生故障，可能会导致局部停电甚至整个系统崩溃。 发电机转子作为发电机的重要组成部分，主要由励磁绕组线圈、线圈引线以及阻尼绕组等部分组成。发电机运行时，由于转子处于高速旋转状态，这些部件将承受很大的机械应力和热负荷，若超过其极限值时将导致部件的损坏。转子绕组是发电机经常出现故障的部位，除本体故障外，主要是转子绕组的短路故障，如匝间短路、一点接地短路、两点接地短路等。发电机正常运行时，转子绕组对地之间会有一定的分布电容和绝缘电阻，绝缘甩阻的阻值通大于1兆欧。但是因某种原因导致对地绝缘损坏或绝缘电阻严重下降时，就会发生转子绕组接地事故。当发电机转子发生一点接地故障时，因为励磁电源的泄漏电阻很大，一般不会造成多大的伤害，限制了接地泄露电流的数值。但是，发电机转子两点接地故障将会产生很大的电流，经故障点处流过的故障电流会烧坏转子本体。而部分转子绕组的短接，励磁绕组中增加的电流可能会导致转子因过热而烧坏，气隙磁通也会失去平衡，从而引起发电机的振动，还可能使转子大轴磁化，甚至会导致灾难性的后果，因此两点接地故障的后果是很严重的。 目前，在国内运行的大型发电机组中，发电机匝间短路故障占故障总数的比重较大，大多数发电机都发生过或已经存在转子绕组匝间短路的故障。由于转子绕组绝缘的损坏，转子绕组匝间短路后会形成短路电流，从而导致局部过热。发电机长期在这种环境下运行，会进一步引起绝缘的损坏，导致更为严重的匝间短路，最终形成恶性循环。据统计资料表明，发电机转子匝间短路故障并不会影响机组的正常运行，所以常常被忽略，但是如果任其发展，转子电流将会显著增加，绕组温升过高，无功输出降低，电压波形畸变，机组振动加剧，并且还会引起其它的机械故障，严重时还会影响发电机的无功出力。如果发生的是不对称的匝间短路故障，发电机组的振动将会加剧，转子绕组的绝缘也有可能进一步的损坏，进而发展成为接地故障，对发电机组的安全稳定运行构成了严重的威胁。因此，对发电机绕组匝间短路故障的诊断与识别是十分必要的。 1.2 发电机故障诊断技术的发展状况 早期的故障诊断主要依靠人工经验，如：看、听、触、摸等方法进行诊断，
电力系统短路电流计算书 Final revision by standardization team on December 10, 2020.
电力系统短路电流计算书 1短路电流计算的目的 a.电气接线方案的比较和选择。 b.选择和校验电气设备、载流导体。 c.继电保护的选择与整定。 d.接地装置的设计及确定中性点接地方式。 e.大、中型电动机起动。 2短路电流计算中常用符号含义及其用途 I－次暂态短路电流，用于继电保护整定及校验断路器额定断充容量。 a. 2 I－三相短路电流第一周期全电流有效值，用于校验电气设备和母线的动稳定及b. ch 断路器额定断流容量。 i－三相短路冲击电流，用于校验电气设备及母线的动稳定。 c. ch d.I∞－三相短路电流稳态有效值，用于校验电气设备和导体的热稳定。 e."z S－次暂态三相短路容量，用于检验断路器遮断容量。 f.S∞－稳态三相短路容量，用于校验电气设备及导体的热稳定. 3短路电流计算的几个基本假设前提 a.磁路饱和、磁滞忽略不计。即系统中各元件呈线性，参数恒定，可以运用叠加原 理。 b.在系统中三相除不对称故障处以外，都认为是三相对称的。 c.各元件的电阻比电抗小得多，可以忽略不计，所以各元件均可用纯电抗表示。
d.短路性质为金属性短路，过渡电阻忽略不计。 4基准值的选择 为了计算方便，通常取基准容量S b＝100MVA，基准电压U b取各级电压的平均电压，即 U b ＝U p ＝ ，基准电流 b b I S = ；基准电抗2 b b b b X U U ==。 常用基准值表（S b＝100MVA） 各电气元件电抗标么值计算公式
第2章作业参考答案 2-1 为何要对同步发电机的基本电压方程组及磁链方程组进行派克变换答：由于同步发电机的定子、转子之间存在相对运动，定转子各个绕组的磁路会发生周期性的变化，故其电感系数（自感和互感）或为1倍或为2倍转子角θ的周期函数（θ本身是时间的三角周期函数），故磁链电压方程是一组变系数的微分方程，求解非常困难。因此，通过对同步发电机基本的电压及磁链方程组进行派克变换，可把变系数微分方程变换为常系数微分方程。 2-2 无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量其中哪些部分是衰减的各按什么时间常数衰减试用磁链守恒原理说明它们是如何产生的 答：无阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子电流中出现的分量包含：a）基频交流分量(含强制分量和自由分量)，基频自由分量的衰减时间常数’。 为T d 。 b）直流分量（自由分量），其衰减时间常数为T a 。 c）倍频交流分量（若d、q磁阻相等，无此量），其衰减时间常数为T a 转子电流中出现的分量包含： ’。 a）直流分量(含强制分量和自由分量)，自由分量的衰减时间常数为T d b）基频分量（自由分量），其衰减时间常数为T 。 a 产生原因简要说明： 1)三相短路瞬间，由于定子回路阻抗减小，定子电流突然增大，电枢反应 使得转子f绕组中磁链突然增大，f绕组为保持磁链守恒，将增加一个自 由直流分量，并在定子回路中感应基频交流，最后定子基频分量与转子 直流分量达到相对平衡（其中的自由分量要衰减为0）. 2)同样，定子绕组为保持磁链守恒，将产生一脉动直流分量（脉动是由于d、 q不对称），该脉动直流可分解为恒定直流以及倍频交流，并在转子中感 应出基频交流分量。这些量均为自由分量，最后衰减为0。 2-3 有阻尼绕组同步发电机突然三相短路时，定子和转子电流中出现了哪些分量其中哪些部分是衰减的各按什么时间常数衰减
发电机电气设备大修后调试方案与措施 一、试验项目 1、不同转速下的发电机转子的绝缘电阻,交流阻抗测试. 2、励磁机空载特性试验. 3、发电机短路特性试验,励磁机负载特性试验. 4、发电机电流保护定值校对. 5、发电机电压回路检查. 6、发电机空载特性试验. 7、发电机及PT、引出线核相检查. 8、发电机差动相量检查. 9、发电机轴电压测量. 二、组织措施 1、试验总指挥: 2、试验负责人: 3、试验人员: 三、试验时间安排 1、试验前由值长下达电气准备启动调试命令. 2、试验时间计划从汽轮机转速稳定在3000r/min移交电气共4小时. 四、安全措施(负责人:运行班长) 1、试验前应收回1#发电机系统的全部工作票,并有发电机本体、小间及发电机引出线母线、电缆、开关、CT、PT的有关报告及保护传动报告. 2、发电机系统核相前,应由操作班运行人员再次检查回路清洁,无关人员撤离现场. 3、设备带电后,检查本体,主控及相关回路的设备有无异常,所有人员禁止接触带电设备的绝缘部分,已防漏电伤人. 4、做短路特性的短路排应能承受800A 、10分钟无异常. 五、试验前的准备工作 1、准备好在1#发电机出口断路器021、开关下接线座装设短路排,备做短路特性试验用. 2、准备好各项试验用的表格记录;负责人根据试验内容进行人员分工. 3、仪器、仪表接线 ①、准备一块双钳相位表,一块相序表,一块数字万用表和试验用的引线及一次定相杆. ②、在发电机本体处接好做交流阻抗、功率损耗试验用的电压、电流和瓦特表. ③、在励磁机励磁电流RC回路613中串接一块0.5级0-5A的直流电流表,在发电机小间400A/75mV的分流器606和608线引到主控处接入0.5级0-75mV的直流电压表,并把表盘电流表拆掉. ④、在发电机控制屏转子电压表601、602并接一块0.5级的0-300V的直流电压表 ⑤、在发电机控制屏端子排A451、C451串接两块0.5级0-5A电流表,在A613、B600,C613、B600并接两块0.5级0-150V电压表及N461串接一块电流表. 六、试验的检查工作 1、发电机、励磁机碳刷齐全,接触良好. (检查人: ) 2、测量发电机定子、转子及回路绝缘合格. (检查人: ) 3、021开关油位正常,一次系统接头良好,清洁无杂物.(检查人: ) 4、检查CT测量、保护、计量回路不开路. (检查人: ) 5、检查PT二次回路不应有短路现象. (检查人: ) 6、检查PT一、二次保险齐全,无熔断现象. (检查人: )
变压器短路容量-短路电流计算公式-短路冲击电流的计算供电网络中发生短路时,很大的短路电流会使电器设备过热或受电动力作用而遭到损坏,同时使网络内的电压大大降低,因而破坏了网络内用电设备的正常工作。为了消除或减轻短路的后果,就需要计算短路电流,以正确地选择电器设备、设计继电保护和选用限制短路电流的元件。 二.计算条件 1.假设系统有无限大的容量.用户处短路后,系统母线电压能维持不变.即计算阻抗比系统阻抗要大得多。 具体规定: 对于3~35KV级电网中短路电流的计算,可以认为110KV及以上的系统的容量为无限。只要计算35KV及以下网络元件的阻抗。 2.在计算高压电器中的短路电流时,只需考虑发电机、变压器、电抗器的电抗,而忽略其电阻;对于架空线和电缆,只有当其电阻大于电抗1/3时才需计入电阻,一般也只计电抗而忽略电阻。 3. 短路电流计算公式或计算图表,都以三相短路为计算条件。因为单相短路或二相短路时的短路电流都小于三相短路电流。能够分断三相短路电流的电器,一定能够分断单相短路电流或二相短路电流。 三.简化计算法 即使设定了一些假设条件,要正确计算短路电流还是十分困难,对于一般用户也没有必要。一些设计手册提供了简化计算的图表.省去了计算的麻烦.用起来比较方便.但要是手边一时没有设计手册怎么办?下面介绍一种“口诀式”的计算方法,只要记牢7句口诀,就可掌握短路电流计算方法。 在介绍简化计算法之前必须先了解一些基本概念。 1.主要参数 Sd三相短路容量(MV A)简称短路容量校核开关分断容量 Id三相短路电流周期分量有效值(KA)简称短路电流校核开关分断电流和热稳定 IC三相短路第一周期全电流有效值(KA) 简称冲击电流有效值校核动稳定 ic三相短路第一周期全电流峰值(KA) 简称冲击电流峰值校核动稳定 x电抗(W) 其中系统短路容量Sd和计算点电抗x 是关键. 2.标么值 计算时选定一个基准容量(Sjz)和基准电压(Ujz).将短路计算中各个参数都转化为和该参数的基准量的比值(相对于基准量的比值),称为标么值(这是短路电流计算最特别的地方,目的是要简化计算). (1)基准 基准容量Sjz =100 MV A 基准电压UJZ规定为8级. 230, 115, 37, 10.5, 6.3, 3.15 ,0.4, 0.23 KV 有了以上两项,各级电压的基准电流即可计算出,例: UJZ (KV)3710.56.30.4 因为S=1.73*U*I 所以IJZ (KA)1.565.59.16144
习题和思考题 3-1.什么叫短路？短路的类型有哪些？造成短路故障的原因有哪些？短路有哪些危害？短路电流计算的目的是什么？ 答：所谓短路，就是指供电系统中不等电位的导体在电气上被短接，如相与相之间、相与地之间的短接等。其特征就是短接前后两点的电位差会发生显著的变化。 在三相供电系统中可能发生的主要短路类型有三相短路、两相短路、两相接地短路及单相接地短路。三相短路称为对称短路，其余均称为不对称短路。在供电系统实际运行中，发生单相接地短路的几率最大，发生三相对称短路的几率最小，但通常三相短路的短路电流最大，危害也最严重，所以短路电流计算的重点是三相短路电流计算。 供电系统发生短路的原因有： （1）电力系统中电气设备载流导体的绝缘损坏。造成绝缘损坏的原因主要有设备长期运行绝缘自然老化、设备缺陷、设计安装有误、操作过电压以及绝缘受到机械损伤等。 （2）运行人员不遵守操作规程发生的误操作。如带负荷拉、合隔离开关（内部仅有简单的灭弧装置或不含灭弧装置），检修后忘拆除地线合闸等； （3）自然灾害。如雷电过电压击穿设备绝缘，大风、冰雪、地震造成线路倒杆以及鸟兽跨越在裸导体上引起短路等。 发生短路故障时，由于短路回路中的阻抗大大减小，短路电流与正常工作电流相比增加很大（通常是正常工作电流的十几倍到几十倍）。同时，系统电压降低，离短路点越近电压降低越大，三相短路时，短路点的电压可能降低到零。因此，短路将会造成严重危害。 （1）短路产生很大的热量，造成导体温度升高，将绝缘损坏； （2）短路产生巨大的电动力，使电气设备受到变形或机械损坏； （3）短路使系统电压严重降低，电器设备正常工作受到破坏,例如,异步电动机的转矩与外施电压的平方成正比，当电压降低时，其转矩降低使转速减慢，造成电动机过热而烧坏； （4）短路造成停电，给国民经济带来损失，给人民生活带来不便； （5）严重的短路影响电力系统运行稳定性，使并列的同步发电机失步，造成系统解列，甚至崩溃； （6）单相对地短路时，电流产生较强的不平衡磁场，对附近通信线路和弱电设备产生严重电磁干扰，影响其正常工作。 计算短路电流的目的是: （1）选择电气设备和载流导体，必须用短路电流校验其热稳定性和动稳定性。
发电机电气试验方法及标准 一．高压发电机 第一部分：定子部件 1．直流电阻 2．目的：检查绕组的焊头是否出问题等原因 测试环境：冷状态下进行 测试工具：直流电阻电桥 数据处理：各项的测试应做以下处理 数据处理(I max-I min)/I平均≤2% 结果判定：测试值必须满足以上的关系，不满足就应检查定子线圈。 3．绝缘电阻 目的：检测线圈的绝缘电阻的大小，为以后的试验确定安全保证。 测试环境：常温下测试，记录数据要记录当前的温度。 测试工具：兆欧表 注意事项：在绝缘电阻测试的过程中，在每项测试完之后应该对绕组充分放电，不然会造成严重的后果 测试方法：在测量前应充分对地放点，注意机械调零，在测试的时候除开被测项，其他的各项都应该接地，测试的时候记录测试时间为15s和60s时的电阻值，在测试后计 算吸收比，吸收比=R60/R15吸收比应满足大于2，而且各个项的绝缘电阻不平衡 系数不应大于2（不平衡系数指最大一项的R60与最小一项R60之比） 4．直流耐电压. 目的：在较高的电压下发现绕组绝缘的缺陷 测试环境：常温下进行试验 测试工具：直流耐压设备一套 测试方法：利用调压器调节电压使高压侧直流电压为0.5U N、1.0 U N、1.5 U N、2.0 U N、2.5 U N、 3.0U N每阶段要停留一分钟的耐压试验时间,并在试验的时候记录各个电压时候 的电流值。每项在测试的时候其他项都必须接地。而且在电压相同的时候各个项 的电流值应该比较相近。在规定的试验电压下,各相泄漏电流的差别不应大于最小 值的50%。 注意事项：在测试的时候由于是高压，因此在测试的时候要注意安全，小心周围环境。在每项测试完之后必须充分放电，否则容易造成事故。必须注意的就是，测温线圈的 接线头必须接地。 5．交流耐电压 目的：检查线圈之间的绝缘性能 测试环境：常温下进行试验 测试工具：耐电压试验设备一套 测试方法：发电机定子的交流耐压试验在制作的过程中一共有三个阶段要测试，下面就分别介绍试验的方法： （1）、单个线圈的交流耐电压试验，每次基本上做10个线圈的耐电压试验，试验 方法是：在工作台上面放木方，木方里面用海绵等软性有弹性的材料包扎一圈， 必须要厚点的，外面包0.1mm左右的铝铂，并且用铜丝将其绑好，在整个线圈的 低阻部分必选全放在木方上方。试验的电压计算公式见后表格 （2）、在下线的过程中耐电压试验，每次基本上下线下到10个左右就要做该试验， 在做线圈试验的时候，除开试验的线圈其他线圈都必选接地，试验电压计算公式