同步发电机输电系统三相短路故障分析

李淑君

摘 要：三相短路故障因对电力系统具有巨大的危害性而受到了专家学者们的广泛关注。本文在给出三相短路故障时定子和转子中的电流计算式的基础上，在Matlab/Simulink实验环境下建立了同步发电机的数学模型并且对同步发电机突然三相短路进行了仿真实验，根据仿真结果进一步对理论分析加以验证。

关键词：同步发电机；突然三相短路；定子电流；转子电流

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.125

1 引言

同步发电机在电力系统运行中扮演着极为重要的角色，而同步发电机的暂态分析也在一定程度上对电磁和机电暂态分析产生着影响。对发电机三相短路故障的仿真研究对发电机定子和转子短路电流的分析计算具有深刻意义。

2 三相短路理论基础

2.1 分析思路

在分析发电机的三相短路故障时，根据线性叠加原理可以将同步发电机的三相短路问题考虑成稳定模式和故障模式的线性叠加，即在发电机机端正常状态下叠加与正常状态相反的端电压。

2.2 定子电流计算

2.3 转子电流计算

3 三相短路仿真分析

本文主要通过仿真软件 MATLAB/Simulink建立仿真模型并对其进行仿真比较分析。

3.1 算例介绍

将仿真案例中的凸极同步发电机的额定功率设置为200MVA，额定电压为13.8KV。同步发电机通过210MVA的△Y型变压器连接到230kV的电网上。将三相短路故障发生时刻设置为t=0.1s并且在t=0.2s时消除故障。

3.2 仿真结果及分析

根据以上结果可以看出，短路发生后同步发电机定子实际短路电流和转子实际短路电流都会增大。转子电流之所以会增大则是因为在转子中定子电流中的直流分量和倍频分量作用产生的交流分量导致的。 定子绕组和转子绕组都有周期分量和非周期分量并且它们的非周期分量可以从物理意义上进行解释：突然三相短路后在定子励磁绕组中，转子磁场的旋转以及定子绕组中的三相稳态基频电流导致了非周期短路电流的产生。而由于电阻的存在，非周期电流会呈现出递减的态势。

4 总结

本文首先介绍了研究同步发电机突然三相短路电流的意义并且给出三相短路时定子和转子在d，q，0坐标系下的短路电流计算式。利用Matlab/Simulink实验环境对同步發电机突然三相短路故障进行了仿真实验，根据对仿真结果的细致分析证明了理论计算式的科学合理性。

参考文献：

[1]高景德，王祥珩，李发海.交流电机及其系统分析[M].清华大学出版社，2005.

[2]高景德，张麟征.电机过渡过程的基本理论及分析方法[M].科学出版社，上册，1982.