同步电机不对称运行+PPT

02
CHAPTER
不对称运行对发电机的影响
对发电机效率的影响
总结词
不对称运行会导致同步发电机的 效率降低。
详细描述
在不对称运行状态下，同步发电 机的磁场和电流分布不均匀，导 致转子和定子之间的摩擦增加， 从而降低发电机的效率。
对发电机性能的影响
总结词
不对称运行会影响同步发电机的性能 。
详细描述
预防性维护
实施预防性维护措施，提 前发现并解决潜在问题。
更新配件
及时更新易损件和关键配 件，降低因部件损坏导致 的不对称运行风险。
04
CHAPTER
案例分析
某电厂的发电机不对称运行案例
案例概述
某电厂的发电机在运行过程中出 现了不对称运行的情况，导致了
一系列的问题。
问题分析
该案例中，发电机的不对称运行导 致了转子应力增加、温度升高、振 动加剧等问题，严重影响了发电靠性。
03
解决措施
针对这些问题，核电站采取了一系列措施，包括加强设备监测和维护、
优化发电机的设计和制造工艺等，以提高发电机的可靠性和稳定性。
某风力发电场的发电机不对称运行案例
案例概述
某风力发电场的发电机在运行过程中出现了不对称运行的 情况，影响了风力发电的正常运行。
问题分析
该案例中，发电机的不对称运行导致了转矩波动、振动等 问题，进而影响了发电机的效率和寿命。
解决措施
针对这些问题，风力发电场采取了一系列措施，包括优化 风力发电机组的控制策略、加强设备维护和检修等，以提 高发电机的稳定性和可靠性。
05
CHAPTER
结论
发电机不对称运行的后果和影响
电压波形畸变
不对称运行会导致发电机输出 的电压波形发生畸变，影响电

04
同步发电机的不对称运行和突然 短路的预防与控制
预防措施
定期检查
对同步发电机的各项性能进行定期检查，确 保其正常运行。
安装保护装置
在同步发电机上安装相应的保护装置，以防 止不对称运行和突然短路的发生。
维护保养
按照制造商的推荐，对同步发电机进行适当 的维护和保养，以延长其使用寿命。
监控运行状态
对同步发电机的运行状态进行实时监控，及 时发现并处理异常情况。
对称运行和突然短路的未来研究方向
深入研究对称运行的理论 基础
进一步探讨对称运行的原理和 机制，提高对电力系统稳定性 的认识和理解。
开发高效的短路保护装置
针对突然短路故障，研究和发 展更为快速、准确的短路保护 装置，以减少短路对设备和系 统的冲击。
智能化监控和管理
利用先进的传感器、通信和人 工智能技术，实现对电力系统 的实时监控和智能管理，提高 系统应对突发事件的响应速度 和处置能力。
对称运行
在电力系统中，同步发电机以对称的方式运行，意味着各相的电压、电流和功率等参数在大小和相位上都是相等 的。这种对称运行状态是电力系统稳定和可靠供电的前提条件。
突然短路
突然短路是指同步发电机在正常运行过程中，由于某种原因（如设备故障、人为误操作等），电路中出现非正常 连接，导致电流瞬间激增，破坏了原有的对称运行状态。突然短路是电力系统中最危险的故障之一，可能造成设 备损坏和系统稳定性丧失。
运行。
维护与保养
清洁
检查紧固件
定期对同步发电机进行清洁，以去除灰尘 和污垢。
检查同步发电机的紧固件是否松动，如发 现松动应及时紧固。
检查润滑系统
更换磨损部件
定期对同步发电机的润滑系统进行检查， 确保润滑油充足且无杂质。

5.3.3 串联法或并联法测零序阻抗
试验线路如图5.9所示。当定子绕组有六个出线 端时，用串联法测定，接线如图5.9(a)所示。先 将励磁绕组短路，将定子绕组首尾串接成开口三 角形，再将被试电机拖动到同步速，并在定子端 加额定频率的单相电压，幅值以电枢电流在 0.05IN~0.25IN左右为限，测定电压 U、电流 I和 功率 P。
5.4 同步发电机不对称运行的影响
同步发电机的不对称运行会对电机带来一 系列不良影响，主要表现在两个方面。
5.4.1 转子的附加损耗和发热
由于不对称运行时出现的负序电流产生的反转 磁场会以转速 2n1切割转子，在转子铁心和励磁 绕组、阻尼绕组中感应电流，引起附加铁耗和附 加铜耗，结果就有可能使转子过热。汽轮发电机 转子本体的散热条件本来就比较差，负序磁场在 整块转子本体表面的感应电流经两端护环形成回 路，而护环与本体的接触电阻又比较大，因而发 热就更严重，由此亦可能引起转子绕组接地事故， 或危及护环与转子本体联接及配合的机械可靠性。
5.1.3 零序阻抗
零序阻抗是转子正向同步旋转、励磁 绕组短路时，电枢绕组中通入零序电流所 遇到的阻抗。由于三相零序电流同大小、 同相位，所以它们所建立的合成磁动势基 波和 次谐波的幅值均为零，只可能存在 次 脉振谐波磁动势，所产生的只是谐波磁场， 归属于谐波漏磁通。
5.2 同步发电机不对称稳态短路
5.5 同步电机的突然短路
以电机出线端突然短路为例，实际短 路电流的峰值就可能达到额定电流的近 20倍，所产生的巨大电磁力和电磁转矩 也就可能损坏定子绕组的端部绝缘，并 使转轴和机座发生有害变形。试想，如 果在电机设计和制造中没有考虑到这些 问题，所产生的后果将是不堪设想的。
5.4.2 附加转矩和振动

最热处
3.不对称运行现象及处理
• 现象：三相定子电流表指示各不相等,负序信号装置可能动 作报警。
• 监控：稳态负序电流的最大允许值（I2/IN）为10%， 暂 态负序电流的最大允许值（I2/IN）2t为10s。机械振动不 超过允许值。
• 处理：(1) 继电保护动作跳闸；(2)负序信号报警时，立即 减负荷；(3)并列操作后定子电流不平衡时，若一相断路器 未合上，重新发一次合闸信号；若两相断路器未合上，立 即将合上的断路器拉开。
10.4 同步发电机不对称运行
一、引起不对称运行的主要原因
• 电力系统发生不对称短路故障。 • 输电线路或其他电气设备一次回路断线。 • 并、解列操作后，断路器个别相未拉开或
未合上。
二、各相序等效电路Leabharlann 三、不对称运行对发电机的影响
1.负序磁场引起转子表面涡流，使转子局部高温。
2.负序磁场引起振动增大 。

• 凸极机 阻抗的主要分量是Xd、Xq
特别的：短路时，正序电流为纯感性电
流，ψ≈90°
IId , Iq0
x xd
二、负序阻抗
• 当转子正向同步旋转，励磁绕组短路， 电枢加上对称的负序电压时，负序电枢 电流所遇到的阻抗
• 同步电机如一台转差率s=2的异步电动机
两种极限情况下 的负序阻抗：
14-3 同步发电机的两相稳定短路
端点方程式：

I
A

0
U B U c

I
B

Ic

IA 2U A
I

A

I U
A A
0

0 U A0


U A 2U A U A0


2
I
A


IA

IA0


( IA 2IA IA0 )
假设：正常相A开路
或者

U A

U A
IA IA 0

IA0

0
相序方程式：

U A
EA
IAZ
UA 0 IAZ

U A0

0

IA0Z0
求解上述方程，可得：

IA

IA

EA
jx
x

IA0

0

相序方程式：

U A
EA
IAZ
UA 0 IAZ

U A0

0

IA0Z0

3．有功功率表指示减小并摆动
电机失磁后,转速升高，自动调速系统将汽门自动关小， 即来自原动机的输入功率减小。有功功率表摆动原因同2。 4．发电机母线电压下降并摆动
由于定子电流增大，线路压降随之增大，所以母线电 压随定子电流的摆动而摆动。
5．无功功率表指示负值，功率因数表指示进相 电机失磁后，由向系统输送感性无功变为吸取感性无功， 故无功功率表反指(指示负值)，功率因数表由迟相变为进相
Zt
I A
U A
0 U A0 I A0 Z t 0
U A
如果发电机中点不接地，则 I 0
A0
Zt0
U A0 0
I A0
各序等效电路为
U A0
1．正序阻抗 正序电流流过定子绕组时所对应的阻抗就是正序阻抗。 由于正序电流通过三相绕组后，产生了和转子同方向旋转的 磁场，在空间和转子相对静止，不会在转子绕组中感应电动势， 因此正序电流所对应的阻抗，就是三相同步发电机在对称稳态运 行时的同步阻抗，对隐极同步发电机
0 x0 xσ
r0 ra
零序电流只产生漏磁通，不与转子交链，所以零序电阻
三、不对称运行对电机的影响
1．引起转子表面发热
由于负序电流所产生的反向旋转磁场以二倍同步速截切转子， 在励磁绕组、阻尼绕组、转子铁心表面及转子的其他金属结构部 件中均会感应倍频电流，在励磁绕组、阻尼绕组中产生额外铜损， 在转子铁心中感应涡流，引起附加损耗。 更为严重的是，汽轮发电机的励磁绕组嵌放在整块锻钢的转 子槽中，倍频电流只能在转子表面流通，使转子表面温度过高， 影响励磁绕组散热。环流大部分通过转子本体，在端部短套箍和 中心环形成回路，槽楔端头和套箍可能被产生的高温烧毁。

六、单相稳定短路时的电枢反应
定子三次 谐波电流
脉
动 磁 场
反向旋转磁场 3n1 正向旋转磁场 3n1
四倍频率 感应电流
定子绕组 单相电流
脉动 电枢 正向旋转磁场 n1 反应 反向旋转磁场 n1
磁场
脉 两倍频率 动 正向旋转磁场 3n1 感应电流 磁 反向旋转磁场 n1
场
定子电流中包含有基波分量和所有的奇次谐波分量， 转子电流中包含有直流部分和所有的偶次谐波分量
得到各序电流 IA IA j
E A x
x
IA0 0
假4.I设k两2：相 I正短B 常路IB相电 A流I开B：路IB0
2 IA
IA
IA0


3E A x x
1.根电端据压点相：方UII序BA程B方式程0U（UUI式cc边AA，界得I条xxkEE到2件AA 各xxxx） 相：序
x0 x
短路情况比较
[例]汽轮发电机各序阻抗为x+=1.62，x-=0.155， x0=0.056；
计算出 Ik1 : Ik2 : Ik3=2.64 : 1.58 : 1
在同一励磁电势E0下，单相稳定短路电流最大，两相次 之，三相最小。
实际上，由于运行方面的需要，大型同步发电机中点往 往是通过接地电阻或电抗线圈接地，因此，实际上单 相稳定短路电流并不总是最大。
相对运动速度为2n1，在转子绕组中感应f2=2f1 的交变电势，产生交变电流，起削弱负序磁场 的作用，使气隙中的合成负序磁场减弱，相当 于异步电机的转子短路情况，等效电抗很小。
x xs
1.3 负序电流的副作用
1. 负序感应电流，产生附加的转子铜损耗 2. 负序磁场引起转子表面的涡流损耗，产生附

一、单线对中点短路
✓设A相对中点短路。其端点方程式为：
✓对A相实施对对称分量法得：
✓根据各相的电流,求出各相序的电压为
✓由于A相对中点短路,故有
即
✓由于负序电抗和零序电抗比正序电抗小得多,故单相短路电流比三相稳态短 路电流大,其比值接近3 。
二、两相线对线短路
✓如图19.5所示,设A、B两相短 路，其端点方程为
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。
对应的电抗为
Ld=Lad+Ls
它就是直轴同步电抗。
Xd=Xad+Xs
✓突然短路时(超瞬变瞬间),Fa对应的磁路见图19.6(a),它遇到了气隙磁阻、阻尼绕组 漏磁阻和励磁绕组漏磁阻,再考虑到电枢绕组的漏磁通Fas后,电枢磁通的总磁导为
✓对应的电抗为
称为直轴超瞬态电抗,XZs和XFs为阻尼绕组和励磁绕组的漏磁电抗。

2
U U I I U 0 U U A A B C B B B0 U U U 2U
1 UA U A 0 2 0
A0
A02 x x Fra bibliotekA（1）根据短路实验求负序电抗

两相短路电流
3 E A I I I A A A 0 x x
2 2 2 2
（1） 不对称中的正序分量

产生正序旋转磁场——同步速 转子同步速 不在转子绕组中感应电势，即同步电机的 对称运行情况，正序电抗即同步电抗

x xs
（2） 不对称中的负序分量

产生负序旋转磁场——同步速，反向 转子同步速 相对运动速度为2n1，在转子绕组中感应 f2=2f1的交变电势，产生交变电流，起削弱 负序磁场的作用，使气隙中的合成负序磁 场减弱，相当于异步电机的转子短路情况， 等效电抗很小。
4.4、两相稳定短路
3. 联立相序方程式
E I Z U A A A 0 I Z U A A 0 I Z U
A0 A0 0
得到各序电流 E A I I A A jx x 0 I
A0
根据相序方程式，得到各相序 1. 端点方程式（边界条件）： 电压： x E A I A 0 U A x x U B U c x E A U A x x I I I B c k 2 U A 0 0 各相电压 2. 分解为对称分量
第四节 发电机的不对称运行
4.1 不对称运行
4.2 同步电机的各序等效电路
4.3 单相稳定电路 4.4 两相稳定电路
4.5 单相稳定短路时的电枢反应