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 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）

若在时，定子绕组突然三相短路，在这一瞬间匝链定子三相磁链的瞬时值为

（6-18）

根据磁链守恒定律，任何一个闭合的超导体线圈(先不考虑发电机电阻)，它的磁链应保持不变，如果外来条件要迫使线圈的磁链发生变化，线圈中会感应出自由电流分量，来维持线圈的磁链不变。根据这个定律，发电机定子三相绕组要维持不变，但主磁链匝链到定子三相回路的磁链仍然是，

，。因此，短路瞬间定子三相绕组中必然感应电流，该电流产生的磁链，，应满足磁链守恒原理，有

（6-19）

将式(6-17)，(6-18)代入上式，得

（6-20）

根据定子电流规定的正方向与磁链正方向相反，定子三相短路电流为

（6-21）

由上可知定子短路电流中含有基波交流分量和直流分量。基波交流分量是三相对称的，直流分量是三相不相等的。

定子绕组中的直流分量在空间形成恒定的磁势。当转子旋转时，由于转子纵轴向和横轴向的磁阻不同，转子每转过180o电角度(频率为基频的倍)，磁阻经历一个变化周期。只有在这个恒定的磁势上增加一个适应磁阻变化的，具有倍同步频率的交变分量才可能得到真正不变的磁通。因此在定子的三相短路电流中，还应有倍同步频率的电流，与直流分量共同作用，才能真正维持定子绕组的磁链不变。倍频率电流的幅值取决于纵轴和横轴磁阻之差，其值一般不大。

2.励磁回路电流分量

如上所述，定子绕组突然三相短路后，在定子绕组中会产生基波交流分量电流，它们的磁链分别和励磁绕组的主磁链所产生的磁链互相抵消。三相基波交流电流合成的同步旋转磁场作用在转子的轴上，形成对励磁绕组的去磁作用。但是，励磁绕组也是电感性线圈，其匝链的磁链也要维持短路前瞬间的值不变，因此，在励磁绕组中也会突然感生出一个与励磁电流同方向的直流电流，来抵制定子去磁磁链对励磁绕组的影响。另一方面，定子绕组突然三相短路后，还会在定子绕组中会产生直流分量电流，它所产生的在空间静止的磁场，相对于转子则是以同步转速旋转的，从而使转子励磁绕组产生一个同步频率的交变磁链，在转子励

磁绕组中将感生一个同步频率的交流分量，来抵消定子直流分量电流和倍频电流产生的电枢反应。

同样的道理，短路后，定子侧磁链也企图穿过阻尼绕组，阻尼绕组为维持本身磁链不突变，也会感应出直流分量和基波交流分量电流；在假定定子回路电阻为零时，定子基波电流只有直轴方向的电枢反应，故阻尼绕组中只会感应出基波交流分量电流而没有直流分量。

从以上的分析可知，定子回路短路电流的基波交流分量和转子回路的自由直流分量是互相依存和影响的。由于转子绕组实际存在着电阻，其中的自由直流电流分量最终将衰减为零。与之对应的定子绕组的基波交流

分量电流以相同的时间常数从短路初始值最终衰减为稳态值。这对分量的衰减时间常数用表示，主要取决于转子回路的电阻和等值电感。对于容量为的水轮发电机，其值为，容量为的汽轮发电机，其值为。

定子回路短路电流的直流分量和倍频分量与转子回路的基波分量电流是互相依存和影响的。由于实际的定子回路有电阻，定子回路的直流分量和倍频分量最终衰减到零。与之相对应的转子回路的基波交流电流也

最终衰减到零。它们以相同的时间常数衰减，主要取决于定子绕组的电阻和等值电感。对于

的水轮发电机，其值为，容量为的汽轮发电机，其值为。

定子和转子绕组中的各种短路电流分量及它们相依存的关系如表6-1所示。

表6-1 定子和转子绕组中的各种短路电流分量

表中，为基波分量的起始有效值；为基波分量的短路稳态有效值。

以上分析了同步发电机在突然三相短路时的物理过程及定、转子中的短路电流分量。下面从物理概念出发对三相短路时定子绕组中的基波分量起始值进行定量的分析。

6.3.2 无阻尼绕组同步发电机空载时的突然三相短路电流

同步发电机的稳态运行方程、相量图和等值电路请查看第二章2.1.1节中相关内容，在讨论同步发电机暂态过程时，一般忽略定子电阻。

在发电机突然短路时，由于暂态过程中各种分量电流的产生，发电机在暂态过程中对应的电动势、电抗均发生变化，不能再通过稳态方程求暂态过程中的短路电流。由上面物理过程的分析可知，若不考虑倍频分量(倍频分量一般较小)，发电机定子短路电流中只含有基波交流分量和直流分量。在空载短路的情况下，直流分量的起始值与基波交流分量的起始值大小相等，方向相反。若能求得基波交流电流，则定子短路全电流也就确定了。

图6-7(a)示出了短路前空载时励磁回路的磁通图，图中为励磁绕组主磁通(与短路前的空载电动势

对应)，为励磁绕组的漏磁通。

图6-7 无阻尼发电机短路前及短路后的磁通分布图

(a) 短路前；(b) 短路后；(c) 短路后等值

当不计阻尼绕组的作用，定子侧突然空载短路时，定子侧的电枢反应磁通要穿过励磁绕组，为抵消定子基波交流电流的电枢反应，励磁回路必然感生自由直流分量，此刻对应的磁通图形如图6-7(b)所示。

图中为定子基波电流产生的电枢反应磁通，为定子绕组漏磁通；和仍为励磁电流产生的主磁通和漏磁通；和为所对应的主磁通和漏磁通。为保持短路瞬间磁链不变，，

和之间有如下关系

（6-22）

短路后瞬时的空载电动势为对应的电动势。显然由于的出现，，即短路后空载电动势突然增加，这时的短路电流称暂态短路电流

（6-23）

由于，，均为未知量，无法利用式(6-23)求出暂态短路电流的起始值。

为更明确地表达暂态阶段的物理过程，用图6-7(c)等值地代替图4-7(b)。在短路瞬间，由于对

的抵消作用，励磁回路仍保持原有的磁通，而定子的电枢反应磁通可等值地用表示

，在穿过气隙后被挤到励磁绕组的漏磁路径上，即，经过的磁路路径较长，磁阻比的大。因此，此时所对应的纵轴电抗比同步电抗要小，称此纵轴等值电抗为暂态电抗，且，其中为电枢反应磁通走励磁绕组漏磁路径时的电枢反应电抗，为定

子绕组的漏电抗。显然该时刻的电动势仍为所对应的空载电动势，则短路瞬间的定子基波电流分量的起始值为

（6-24）

当短路达到稳态时，，和均衰减为零，则可由下式求出稳态短路电流

（6-25）

求得了基波交流分量起始值和稳态短路电流后，再考虑到各自由分量的衰减时间常数，可得到无阻尼绕组同步发电机空载短路时的A相短路电流的表达式

（6-26）

分别用和代替上式中的，可得到相和相的短路电流表达式。

6.3.3 无阻尼绕组同步发电机负载时的突然三相短路电流

带负载运行的发电机突然短路时，仍然遵循磁链守恒原理，从物理概念可以推论出短路电流中仍有前述的各种分量，所不同的是短路前已有电枢反应磁通，所以定子短路电流表达式略有不同。但显然稳态短路电流仍为。

一般情况下负载电流不是纯感性的，它的电枢反应磁通按双反应原理分解为纵轴电枢反应磁通和横轴电枢反应磁通，这时对应的电压平衡方程式为式(2-7)（2-8）。

图6-8 定子回路电阻为零时，负载情况下突然短路瞬间的纵轴方向磁通图在负载情况下突然短路，当假定定子回路电阻为零时，短路瞬间的定子基波交流分量初始值只有纵轴电

枢反应，即，图6-8为该时刻纵轴方向的磁通图。短路瞬间，定子基波电流突然增大

()，为保持励磁回路磁链守恒，励磁绕组中产生自由直流分量，其对应的磁通和

以抵制产生的磁通(即电枢反应的增量)穿过励磁绕组。与空载短

路分析方法类似，走励磁绕组漏磁通路径，对定子绕组的作用可用定子电流增量

在相应的电枢反应电抗上的电压降来表示。此时定子纵轴的电压平衡方程式为

（6-27）

将式(6-27)展开且有，则有

（6-28）

将式(6-28)略加整理

再由，可得

（6-29）

由稳态方程式(2-7，2-8)知:

则有（6-30）

式(6-30)等号左端由短路前的运行方式所决定，可以看作是短路前横轴分量在后的电动势，称其为横轴暂态电动势，即

（6-31）

则式(6-31)可表示为

（6-32）

即带负荷短路时，定子基波交流分量暂态短路电流的起始值为

（6-33）

由上所述，暂态电动势可以用短路前的运行方式由式(6-31)求得，再利用式(6-33)来计算短路瞬间的暂态短路电流的起始值，这表明了暂态电动势在短路前后瞬间是不变的。实际上严格的数学推导证明了

与短路前励磁绕组匝链的磁链成正比，具体表达式为

（6-34）

式中为励磁绕组电抗。

根据磁链守恒原理，励磁绕组的总磁链在短路瞬间不能突变，故在短路瞬间也不会变，即

（6-35）

显然，只要把空载短路电流表达式(6-26)中与对应的电动势换成，则可得到负载情况下突然短路时的定子A相短路电流的表达式

（6-36）

，分别去代替式

中的、即可。这时各电流分量的幅值将减小，较机端短路时增大，按衰减的电流衰减变慢。而较机端短路时减小，按衰减的电流分量，由于外电路中电阻所占的比重增大，加快了衰减。

由式(6-31)可见，虽然可用稳态参数计算，但首先必须要确定定子电流的纵轴和横轴分量，

即要确定轴和轴。为简化计算，常常采用另一个暂态电动势来近似代替，即

（6-37）

式中，为后的虚构电动势，是计算用电势。

由式(6-37)可见，的数值亦可由正常稳态参数求得。同时近似认为具有短路瞬间不突变的性质，则可用来计算暂态短路电流基波分量的起始值。

图6-9 含有，，的相量图

图6-10 无阻尼发电机的暂态等值电路

图6-9示出，，的相量关系，图6-10为发电机用暂态电抗后电势表示的暂态等值电路。实际上在轴上的分量即为，因两者之间的夹角很小，故两者在数值上差别不大，可以用近似代替

。但并不具备正比于的性质。

用代替后，发电机机端短路电流基波分量的起始值可以表示为

（6-38）

6.3.4 有阻尼绕组同步发电机的突然三相短路电流

以上的分析中没有考虑阻尼绕组的作用，实际的发电机中存在着阻尼绕组。由于阻尼绕组的存在使发电机突然短路过程的分析和计算更加复杂。但从基本概念和分析的方法来看与无阻尼时是基本相似的。

有阻尼绕组同步发电机突然短路的特殊性在于，电枢反应磁通的变化量不但企图穿过励磁绕组，还将穿过纵轴阻尼绕组和横轴阻尼绕组。而纵轴阻尼绕组和横轴阻尼绕组为维持自身磁链不突变，必然要感应出自由分量的电流，而且纵轴阻尼绕组和励磁绕组之间还存在着互感关系。因此短路瞬间纵轴方向的磁链守恒是靠这两个绕组的自由分量共同维持的。由于轴方向也有闭合线圈，要准确、全面地分析有阻尼同步发电机

的短路电流时必须考虑横轴方向的磁链守恒。这里只重点介绍纵轴方向的次暂态电抗和实用的次暂态电动势。

图6-11 计及阻尼绕组时同步发电机短路后纵轴方向的磁通图

(a) 空载；(b) 空载等值

图6-11(a)为空载时计及阻尼绕组短路后的纵轴磁通图。其中，和为励磁电流产生的主磁通和漏磁通；为励磁绕组和纵轴阻尼绕组共同产生的磁通；为产生的漏磁通；为纵

轴阻尼绕组的漏磁通；为定子短路电流产生的磁通。为维持短路瞬间励磁绕组磁链不变，有如下磁通平衡方程：

图6-11(b)是与图6-11(a)等值的、电枢反应磁通走漏磁路径的磁通图。由图6-11(b)可以看出，短路瞬间为维持励磁回路的总磁链不变，电枢反应磁通穿过气隙后被迫走励磁绕组和纵轴阻尼绕组的漏磁路径。由于经过磁路的路径更长，磁阻比图6-7(c)所示的还要大，因此所对应的纵轴电抗比暂态电抗还要小，称这时对应的纵轴等值电抗为次暂态电抗，且，其中为电枢反应磁通走纵轴阻尼绕组和励磁绕组漏磁路径时对应的电枢反应电抗，显然。

可以推论，在横轴方向也存在着横轴等值次暂态电抗，且。

空载短路时，对应的电动势为空载电动势，故次暂态短路电流的起始值为

（6-39）

称为次暂态短路电流起始值。

在负载短路时，类似不考虑阻尼绕组负载短路的分析，有如下的电压平衡方程式

（6-40）

式中，为后的虚构电动势，与类似，也是计算用电势。

由式(4-40)可见，的数值同样可由正常稳态参数求得。同样近似认为具有短路瞬间不突变的性质，则可用来计算次暂态短路电流基波分量的起始值。

图6-12 有阻尼发电机的次暂态等值电路

图6-12示出发电机用次暂态电势为等值电动势时的等值电路图。则发电机机端短路次暂态短路电流基波分量的起始值可以表示为

（6-41）

同样如果短路不是发生在发电机端部，而是有外接电抗情况下，则以代替上式中的即可。

以上从物理概念出发，分析了突然短路后的发电机暂态和次暂态过程。通过以上的讨论可以清楚地看到，同步发电机短路电流的基波交流分量在短路后暂态过程中是不断变化的。变化的根本原因是定子三相绕组空间内有闭合的转子绕组而改变着定子电枢反应磁通的路径，使定子绕组的等值电抗发生变化。以上给出的概念和计算公式对于工程上近似计算短路电流已足够准确。

例6-2 一台额定容量为的同步发电机，额定电压为，额定功率因数为0.8，次暂态电

抗为0.135(以发电机额定参数为基准值的标幺值)。试计算发电机在空载情况下(端电压为额定电压)突然三相短路后短路电流交流分量的起始幅值。

解发电机空载情况下(标幺值)

基波交流分量起始有效值的标幺值为

发电机的额定电流也即发电机的基准电流为

短路电流交流分量起始幅值(有名值)为

由上例可见，短路电流交流分量起始幅值可达额定电流的10倍以上。如再考虑最严重情况下短路时，直流分量有最大值，这时的短路电流的最大瞬时值将接近额定电流的20倍。

6.3.5自动调节励磁装置对短路电流的影晌

前面对同步发电机暂态过程的分析，都没有考虑发电机的自动调节励磁装置的影响。现代电力系统的同步发电机均装有自动调节励磁装置，它的作用是当发电机端电压偏离给定值时，自动调节励磁电压，改变励磁电流，从而改变发电机的空载电势，以维持发电机端电压在允许范围内。

当发电机端点或端点附近发生突然短路时，端电压急剧下降，自动调节励磁装置中的强行励磁装置就会迅速动作，增大励磁电压到它的极限值，以尽快恢复系统的电压水平和保持系统运行的稳定性。下面以自动调节励磁装置中的一种继电强行励磁装置的动作原理，来分析自动调节励磁装置对短路电流的影响。

图6-13 具有继电强行励磁的励磁系统示意图图6-14的变化曲线图6-13是具有继电强行励磁的励磁系统示意图，发电机端点或端点附近短路，使发电机端电压下降到额

定电压的85%以下时，低电压继电器的触点闭合，接触器动作，励磁机磁场调节电阻被短接，励磁机励磁绕组两端的电压升高。但由于励磁机励磁绕组具有电感，它的电流不可能突然增大，以致

使与之对应的励磁机电压也不可能突然增高，而是开始上升慢，后来上升快，最后达到极限值，如图6-14中按曲线1的规律变化。为了简化分析，通常认为近似按指数规律上升到最大值，即用图4-14中曲线2所示的指数曲线代替实际曲线1，从而得到励磁机电压

（6-42）

式中，是励磁机励磁绕组的时间常数。

励磁电压的增大，使励磁电流产生一个相应的增量。由于强行励磁装置只在转子轴方向起作用，这个电流的变化量可以从发电机轴方向的等值电路求解得出，下面就以无阻尼绕组发电机为例加以说明。

图6-15 强行励磁装置动作后同步发电机轴方向的等值电路

图6-15是强行励磁装置动作后同步发电机轴方向的等值电路(假设在发电机端点短路)，由图可列方程

（6-43）用除等式两边，得

（6-44）

上式的解为

（6-45）

式中，是对应于的励磁电流强迫分量的最大可能增量，则是一个包含

和的时间函数，因短路点的远近不同而有不同的数值，短路点越远，越大，增大的速度越慢。这是因为短路点越远，故障对发电机的影响越小的缘故。

由引起的空载电势的最大增量为

（6-46）

将产生定子电流轴分量的增量。由于无阻尼绕组发电机定子周期分量电流无轴分量，可得

对应的a相电流周期分量为

（6-47）

从而使发电机的端电压也按相同的规律变化。

考虑强行励磁装置动作后空载电势和定子电流的变化曲线如图6-16所示。由图可见，强行励磁装置动作的结果是在按指数规律自然衰减的电势和电流上叠加一个强迫分量，从而使发电机的端电压迅速恢复到额定值，以保证系统的稳定运行。但由于定子电流增加了一个强迫分量，改变了原短路电流的变化规律，使暂态过程中的短路电流先是衰减，衰减到一定的时候反而上升，甚至稳态短路电流大于短路电流初值，使运算曲线出现了相交的现象。

图6-16 强行励磁装置对空载电势和定子电流的影响

以上是短路点距电源的电气距离较小，强行励磁装置动作后励磁电压达到极限值时对短路电流的影响。如果短路点距电源点较远，强行励磁装置动作后一段时间机端电压就恢复到额定值。当机端电压一旦恢复到额定值，该装置中的低电压继电器就会返回，由自动调节励磁装置将机端电压维持为额定值不变。此后，励磁电流、空载电势、定子电流将不再按式(6-45)、(6-46)、(6-47)的规律增大。定子电流的周期分量为

，是发电机端点到短路点间的电抗。

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）

基于MATLAB的同步发电机突然短路设计

第1章绪论 电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。随着电力工业的发展，电力系统的规模越来越大。在这种情况下，许多大型的电力科研试验很难进行，一是实际的条件难以满足；二是从系统的安全角度来讲也是不允许进行实验的。因此，寻求一种最接近于电力系统实际运行状况的数字仿真工具必不可少。而在众多的仿真工具中，MATLAB 以其优越的运算能力、方便和完善的绘图功能脱颖而出。 1.1设计目的 让学生综合运用Matlab/Simulink仿真工具箱，建立电力系统仿真模型，对系统三相短路和单相短路等故障形式进行设计、仿真、分析，加深对供电和电力系统知识的了解，并进一步熟悉MATLAB电力系统这一仿真工具。 1.2设计任务 1.运用Simulink建立简单的单机-无穷大系统进行仿真，对系统运行出现短路情况时的仿真结果进行详细的分析。 2.建立带励磁系统的发电机系统，通过仿真结果分析带上励磁系统时电压和电流的变化情况。 1.3设计要求 1.要求每个学生独立完成设计任务。 2.针对每个仿真要给出详细的结果分析。 3.完成实训任务书。 4.要求提交成果：报告书一份。

第2章MATLAB语言的概述 2.1 MATLAB简介 MATLAB是将计算、可视化、程序设计融合在一起的功能强大的平台，所具有的程序设计灵活，直观，图形功能强大的优点使其已经发展成为多学科，多平台的强大的大型软件。MATLAB提供的Simulink工具箱是一个在MATLAB环境下用于对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。它提供了用方框图进行建模的接口，与传统的仿真建模相比，更加直观、灵活。Simulink的作用是在程序块间的互联基础上建立起一个系统。每个程序块由输入向量，输出向量以及表示状态变量的向量等3个要素组成。在计算前，需要初始化并赋初值，程序块按照需要更新的次序分类。然后用 ODE计算程序通过数值积分来模拟系统。MATLAN含有大量的 ODE计算程序，有固定步长的，有可变步长的为求解复杂的系统提供了方便。MATLAB在电力系统建模和仿真的应用主要由电力系统仿真模块SimPowerSystem 来完成的。 由于电力系统是个复杂的系统，运行方式也十分复杂，因此采用传统的方式进行仿真计算工作量大，也不直观。MATLAB 的出现给电力系统仿真带来了新的方法和手段。通过MATLAB 的 SimPowerSystem的模块对电力系统中的应用进行仿真，从而说明其在电力系统仿真中的运用电力系统的仿真可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况，通过故障仿真得出了相关的电压稳定性方面的结论，从而证明了这种仿真的正确性和在分析应用中的可行性。 2.2 Simulink简介 Simulink是Matlab软件下的一个附加组件，是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的MATLAB软件包。支持连续、离散以及两者混合的线性和非线性系统，同时它也支持具有不同部分拥有不同采样率的多种采样速率的仿真系统。 由于 Simulink可以很方便地创建和维护一个完整的模型，评估不同算法和结构并验证系统性能，另外Simulink还可以与MATLAB中的DSP工具箱、信号处理工具箱以及通讯工具箱等联合使用，进而实现软硬件的接口，从而成为实用的

短路电流计算案例

短路容量及短路电流的计算 1、计算公式： 同步电机及发电机标么值计算公式： r j d d S S x X ?= 100%""* （1-1） 变压器标么值计算公式： rT j k T S S u X ?= 100%* （1-2） 线路标么值计算公式： 2*j j L L U S L X X ??= （1-3） 电抗器标么值计算公式： j j r r k k U I I U x X ? ?= 100%* （1-4） 电力系统标么值计算公式：s j s S S X = * （1-5） 异步电动机影响后的短路全电流最大有效值： 2 ""2""])1()1[(2)(M M ch s s ch M s ch I K I K I I I -+-++=?? （1-6） 其中：%"d x 同步电动机超瞬变电抗百分值 j S 基准容量，100MV A j U 基准容量，10.5kV j I 基准电流，5.5kA r S 同步电机的额定容量，MV A rT S 变压器的额定容量，MV A %k u 变压器阻抗电压百分值 L X 高压电缆线路每公里电抗值，取0.08km /Ω 高压电缆线路每公里电抗值，取0.4km /Ω L 高压线路长度，km

r U 额定电压，kV r I 额定电流，kA %k x 电抗器的电抗百分值 s S 系统的短路容量，1627MV A "s I 由系统送到短路点去的超瞬变短路电流，kA "M I 异步电动机送到短路点去的超瞬变短路电流，kA ，rM qM M I K I 9.0"= rM I 异步电动机的额定电流，kA qM K 异步电动机的启动电流倍数，一般可取平均值6 s ch K ?由系统馈送的短路电流冲击系数 M ch K ?由异步电动机馈送的短路电流冲击系数，一般可取1.4~1.7 2、接线方案 图1 三台主变接线示意图 3、求k1点短路电流的计算过程 3.1网络变换

同步发电机短路实验

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：

第五章 三相电路习题参考答案

第五章 三相电路 [练习与思考] 5-1-1 对称三相电源的三相绕组作星形联结时，设线电压u AB =380sin(ωt+30o )V ，试写出相电压u B 的三角函数式及相量式。 解：V t u B )120sin(220?-=ω V U B ?-∠=? 1202110 5-1-2 三角形联结的对称三相电源，空载运行时三相电源会不会在三相绕组所构成的闭合回路中产生电流如果一相电源电压极性接反，则闭合回路中是否有电流通过 解：空载运行时，电源回路中无电流通过。如果一相电源电压极性接反，则闭合回路中有电流通过。 5-2-1 为什么电灯开关一定要接在相线（火线）上 解：因为电灯是单相负载，当开关断开时，电灯灯头不带电，以便于安全维修和更换。如果开关接在零线上，当其断开时，电灯灯头依然带电（接在火线上），作业时会造成触电事故。 5-2-2 三相四线制电路中，中线阻抗为零。若星形负载不对称，则负载相电压是否对称如果中线断开，负载电压是否对称 ） 解：三相四线制电路中，若星形负载不对称，负载相电压仍然对称；如果中线断开，负载电压将不对称。 5-2-3 三相四线制电路中，电源线的中性线上规定不得加装保险丝，这是为什么 解：如果电源线的中性线上加装保险丝，一旦由于某种原因造成保险丝熔断，接成Y 型的各组单相负载上的各相相电压将不会对称，有的相电压可能会超过单相负载的额定电压，造成损坏；有的相电压可能会低于额定电压，使得负载不能正常工作。因此源线的中性线上规定不得加装保险丝。 5-3-1 三相负载对称是指下述三种情况下的哪一种：⑴|Z AB |=|Z BC |=|Z CA |；⑵φAB =φBC =φCA ；⑶Z AB =Z BC =Z CA 。 解：三相负载对称是指（3）,阻抗模相等，阻抗角相等。 5-3-2 已知对称三角形联结的三相电路中A 相负载线电流A 010 ∠=? A I ，试写出其余各相线电流与相电流。 解:A I B ?-∠=? 12010

3短路电流和计算课后习题解析

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（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。

同步发电机突然三相短路的仿真研究_高仕红

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.

短路电流计算案例之欧阳家百创编

短路容量及短路电流的计算 欧阳家百（2021.03.07） 1、计算公式： 同步电机及发电机标么值计算公式： r j d d S S x X ?= 100%""*（1-1） 变压器标么值计算公式：rT j k T S S u X ?= 100%*（1-2） 线路标么值计算公式：2*j j L L U S L X X ??=（1-3） 电抗器标么值计算公式：j j r r k k U I I U x X ? ?= 100%*（1-4） 电力系统标么值计算公式：s j s S S X = *（1-5） 异步电动机影响后的短路全电流最大有效值： 2 ""2""] )1()1[(2)(M M ch s s ch M s ch I K I K I I I -+-++=?? （1-6）

其中：%"d x 同步电动机超瞬变电抗百分值 j S 基准容量，100MV A j U 基准容量，10.5kV j I 基准电流，5.5kA r S 同步电机的额定容量，MV A rT S 变压器的额定容量，MV A %k u 变压器阻抗电压百分值 L X 高压电缆线路每公里电抗值，取 0.08km /Ω 高压电缆线路每公里电抗值，取0.4km /Ω L 高压线路长度，km r U 额定电压，kV r I 额定电流，kA %k x 电抗器的电抗百分值 s S 系统的短路容量，1627MV A "s I 由系统送到短路点去的超瞬变短路电流，kA

"M I 异步电动机送到短路点去的超瞬变短路电流，kA ， rM qM M I K I 9.0" = rM I 异步电动机的额定电流，kA qM K 异步电动机的启动电流倍数，一般可取平均值6 s ch K ?由系统馈送的短路电流冲击系数 M ch K ?由异步电动机馈送的短路电流冲击系数，一般可取 1.4~1.7 2、接线方案 图1 三台主变接线示意图 3、求k1点短路电流的计算过程 3.1网络变换 （a ） （b ） （c ） （d ）

同步发电机突然三相短路中的几问题

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

2013年短路电流计算案例平时复习用习题

案例题 1，有一台三绕组变压器，容量为25MV A ，电压为110/35/10KV ，阻抗电压U k %按第二种组合方式(即降压型)为U k12%=10.5，U k13%=18，U K23%=6.5，接入110KV 供电系统，系统短路容量S S ”=1500MV A,见下图。 (1)阻抗电压的这种组合，则高、中、低三个绕组排列顺序自铁芯向外依次为(C )。 A 、中—低—高 B 、高—中—低 C 、低—中—高 D 、高—低—中 (2)每个绕组的等值电抗百分值为(D)。 A 、1x =11 2x =7 3x =－0.5 B 、1x =7 2x =－0.5 3x =11 C 、1x =－0.5 2x = 11 3x =7 D 、1x =11 2x =－0.5 3x =7 (3)取基准容量S j =100MV A ，则每个绕组归算到基准容量时的电抗标幺值为( B )。 A 、28.01=*x 02.02-=*x 44.03=*x B 、44.01=*x 02.02-=*x 28.03=*x C 、28.01=*x 44.02=*x 02.03-=*x D 、44.01=*x 28.02=*x 02.03-=*x 1 2 1 37KV K 3

(4)短路点K 1的超瞬态三相短路电流周期分量有效值"K I 为(A )。 A 、3.2KA B 、3.71KA C 、1.98KA D 、2.17KA (5)短路点K 2的超瞬态三相短路电流周期分量有效值"K I 为(D )。 A 、7.64KA B 、11.29KA C 、13.01KA D 、6.99KA 1题答案 (1)C (2)D (3)B (4)A (5)D 计算过程 (2)()%U %U %U 2 1 %2313121k k k x -+= ()115.6185.102 1 =-+= ()%U %U %U 2 1 %1323122k k k x -+= ()5.0185.65.102 1 -=-+= ()%U %U %U 2 1 %1223133k k k x -+= ()75.105.6182 1 =-+= (3)44.025 10010011% 11=?==*r j S S x x 02.025 100 1005.0% 22-=?-= =*r j S S x x

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 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

第四章 三相电路试题及答案

第四章三相电路 一、填空题 1．三个电动势的＿＿＿相等，＿＿＿相同，＿＿＿互差120°，就称为对称三相电动势。2．对称三相正弦量（包括对称三相电动势，对称三相电压、对称三相电流）的瞬时值之和等于＿＿＿。 3．三相电压到达振幅值（或零值）的先后次序称为＿＿＿。 4．三相电压的相序为U-V-W的称为＿＿＿相序，工程上通用的相序指＿＿＿相序。5．对称三相电源，设V相的相电压U V=220? ∠90V，则U相电压U U=＿＿＿,W相电压U W=＿＿＿。 6．对称三相电源，设U相电压为U U=2202sin314tV,则V相电压电压为U V=＿＿＿，W相电压为U W=＿＿＿。 7．三相电路中，对称三相电源一般联结成星形或＿＿＿两种特定的方式。 8．三相四线制供电系统中可以获得两种电压，即＿＿＿和＿＿＿。 9．三相电源端线间的电压叫＿＿＿，电源每相绕组两端的电压称为电源的＿＿＿。10．在三相电源中，流过端线的电流称为＿＿＿，流过电源每相的电流称为＿＿＿。11．流过三相发电机每相绕组内的电流叫电源的＿＿＿电流，它的参考方向为自绕组的相尾指向绕组的＿＿＿。 12．对称三相电源为星形联结，端线与中性线之间的电压叫＿＿＿。 13．对称三相电源为星形联结，线电压U UV与相电压U U之间的关系表达式为＿＿＿。14．对称三相电源为三角形联结，线电流I U与相电流I UV之间的关系表达式为＿＿＿。15．有一台三相发电机，其三相绕组接成星形时，测得各线电压均为380V，则当其改接成三角形时，各线电压的值为＿＿＿。 16．在图5-1中，U U=220∠0°V，U V=220∠-120°V，U W=220∠120°V，则各电压表读数为V1=＿＿＿，V2=＿＿＿，V3=＿＿＿，V4=＿＿＿。 +W U U U + V U a) W U U U + V U b) - U U U W U

短路电流计算案例

1、计算公式： 同步电机及发电机标么值计算公式： r j d d S S x X ?=100%""* （1-1） 变压器标么值计算公式： rT j k T S S u X ?= 100%* （1-2） 线路标么值计算公式： 2*j j L L U S L X X ??= （1-3） 电抗器标么值计算公式： j j r r k k U I I U x X ? ?= 100%* （1-4） 电力系统标么值计算公式：s j s S S X = * （1-5） 异步电动机影响后的短路全电流最大有效值： 2 ""2""])1()1[(2)(M M ch s s ch M s ch I K I K I I I -+-++=?? （1-6） 其中：%"d x 同步电动机超瞬变电抗百分值 j S 基准容量，100MVA j U 基准容量， j I 基准电流， r S 同步电机的额定容量，MVA rT S 变压器的额定容量，MVA %k u 变压器阻抗电压百分值 L X 高压电缆线路每公里电抗值，取km /Ω 高压电缆线路每公里电抗值，取km /Ω L 高压线路长度，km r U 额定电压，kV

r I 额定电流，kA %k x 电抗器的电抗百分值 s S 系统的短路容量，1627MVA "s I 由系统送到短路点去的超瞬变短路电流，kA "M I 异步电动机送到短路点去的超瞬变短路电流，kA ，rM qM M I K I 9.0"= rM I 异步电动机的额定电流，kA qM K 异步电动机的启动电流倍数，一般可取平均值6 s ch K ?由系统馈送的短路电流冲击系数 M ch K ?由异步电动机馈送的短路电流冲击系数，一般可取~ 2、接线方案 图1 三台主变接线示意图 3、求k1点短路电流的计算过程 网络变换 （a ） （b ） （c ） （d ） （e ） （f ） （g ） （h ） （i ） （j ） （k ） 图2 求k1点短路电流网络变换图 用标么值计算各线路电抗 根据图1中所给数值，用标么制计算个电抗值： X1=s X *+L X *= s j S S +2j j L U S L X ? ?=+= X2=X3=X4=rT j k T S S u X ?= 100%*=

三相电路考核试题

第四章 三相电路 一、填空题 1．三个电动势的＿＿＿相等，＿＿＿相同，＿＿＿互差120°，就称为对称三相电动势。 2．对称三相正弦量（包括对称三相电动势，对称三相电压、对称三相电流）的瞬时值之和等于＿＿＿。 3．三相电压到达振幅值（或零值）的先后次序称为＿＿＿。 4．三相电压的相序为U-V-W 的称为＿＿＿相序，工程上通用的相序指＿＿＿相序。 5．对称三相电源，设V 相的相电压U V =220 ?∠90V，则U 相电压U U =＿＿＿,W 相电压U W =＿＿＿。 6．对称三相电源，设U 相电压为U U =2202sin314tV,则V 相电压电压为U V =＿＿＿，W 相电压为U W =＿＿＿。 7．三相电路中，对称三相电源一般联结成星形或＿＿＿两种特定的方式。 8．三相四线制供电系统中可以获得两种电压，即＿＿＿和＿＿＿。 9．三相电源端线间的电压叫＿＿＿，电源每相绕组两端的电压称为电源的＿＿＿。 10．在三相电源中，流过端线的电流称为＿＿＿，流过电源每相的电流称为＿＿＿。 11．流过三相发电机每相绕组内的电流叫电源的＿＿＿电流，它的参考方向为自绕组的相尾指向绕组的＿＿＿。 12．对称三相电源为星形联结，端线与中性线之间的电压叫＿＿＿。 13．对称三相电源为星形联结，线电压U UV 与相电压 U U 之间的关系表达式为＿＿＿。 14．对称三相电源为三角形联结，线电流I U 与相电流I UV 之间的关系表达式为＿＿＿。 15．有一台三相发电机，其三相绕组接成星形时，测得各线电压均为380V，则当其改接成三角形时，各线电压的值为＿＿＿。 16．在图5-1中，U U =220∠0°V，U V =220∠-120°V，U W =220∠120°V，则各电压表读数为V 1=＿＿＿，V 2=＿＿＿，V 3=＿＿＿，V 4=＿＿＿。 U V V

基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究

毕业设计（论文） 题目基于MATLAB的同步发电机短路故障仿真研究学院计算机与控制工程学院 专业班级电气xxx 学生姓名 指导教师 成绩 2014 年6 月26 日

摘要 众所周知，同步发电机在电力系统中发挥着至关重要的作用，现代社会中使用的电能几乎由同步发电机所产生，同步发电机在人类社会的生活生产中占据着非常重要的地位。为了更直观地了解同步发电机短路故障状态下的特性指标，尽量避免发生短路故障或及时对短路故障做出相应的正确措施，更合理选择保护装置，研究同步发电机的短路故障状态就成了当务之急的问题。随着科技进步与自动化水平的提高，人们要求能够快速分析故障和解决故障，在电力系统中，因运行环境、可操作性问题的限制，现场对同步发电机测试不太现实，因此，利用软件仿真的方法对同步发电机进行仿真研究就显得极其重要。本论文通过MATLAB软件建立同步发电机的仿真模型，对常见的短路故障进行仿真研究，以便更好地掌握同步发电机短路故障状态下的各特性，并设计了GUI 用户界面，更好的实现了人机交互。文中对各短路故障进行了仿真实验，从仿真结果可以看出，本文所设计的仿真系统满足对同步发电机短路故障的研究需求，实现论文设计的目标。 关键词：同步发电机；短路故障；MATLAB；GUI I

Abstract As is known to all, synchronous generator plays an important role in power system. Now the electric power used in our society almost produce by synchronous generators.Synchronous generator occupies a very important position in human society.In order to learning the characteristic parameters of synchronous generator more intuitive in fault condition, and trying to avoid short circuit fault or to make corresponding measures to correct vision in time or to protect device in the method of reasonable, studying the synchronous generator fault status has become an urgent problems. With the progress of science and technology and the improvement of automation level, people require to be able to quickly analyze fault and solve the problem in the electric power system. With the limitation of the environment in running a synchronous generator, doing a test of generators directly is unlikely.Therefore, with the aid of MATLAB software powerful computing and graphics processing simulation to study the synchronous generator is extremely important.In this paper, a simulation model of the synchronous generator is established by MATLAB software in order to better grasp the performance index of synchronous generator in fault condition.And we also design the Graphical User Interface(GUI) for better realizing the human-computer interaction. Each short circuit fault simulation experiments was carried out in this paper, as can be seen from the simulation results, the simulation system is designed to satisfy demands for synchronous generator short circuit fault research, realizing the target of this paper. Key words: Synchronous generator；Short circuit fault；MATLAB；GUI II

历年注电考试短路电流计算题目解析

2005年发输变电 解：取基准容量60B S =MV Ａ，则1*2*0.1G G X X == 11 %(201010)102 K U =+-=，因此1*0.1T X =，同理可得2*0.1T X =，3*0T X = *(0.10.1)||(0.10.1)0.1X j j j ∑=++= ，32.99f I = =，选A 。 解：1*1000.11000G X = =，1*0.1T X =，*0.03l X =，2*0.1T X =，1*100 0.12833 G X == 当f3点短路时，*1 (0.10.1)||(0.030.10.12)9 X j j j ∑=+++= *31001 9 f X M ∑= =，因此f3点短路容量为900,选C 。

解：12=0.10.10.2X X ∑∑=+=，1121 2.5 2.5270() o a I j j X X ∑∑= =-=∠+，21 2.5 2.590o a a I I j =-==∠ 对于YN,d11接线，存在下列关系：1130 2.5300o o A a I I =∠=∠，2230 2.560o o A a I I =∠-=∠ 12 2.5A a a I I I =+=。 解：12=0.10.20.3X X ∑∑=+=，00.20.2X ∑=+，13 33f a I I X ∑ ===，选D 。 2008 供配电 解：12=0.10.10.150.35X X ∑∑=++= 0(0.1 0.45)//0.170.13 X ∑=+=

11201 1.205a I X X X ∑ ∑∑= =++ ，所以30.907f a I I ==，选D 。 2007 发输变 解：此题缺少条件，右边变压器参数应该和2008供配电52题一样，因此经过类似计算可得： 11201 1.1236a I X X X ∑∑∑==+ +30.846f a I I == 1120*()*230131.79a a U I X X ∑∑=+=，选A 。 解：1250=1.2 =0.31000G X 12250=50*0.4=0.378115l X 2 22503 =50*0.4*=0.2275115l X 322502 =50*0.4 *=0.1515 115l X =0.105T X 2=0.12G X (0.30.378)//0.151+0.105+0.12+0.2270.469X ∑=+=（ ） 2.677f I KA = = 冲击电流为2.55=6.82f I ，选A 。

第十一章 ( 三相电路)习题解答

第十一章 ( 三相电路)习题解答 一、选择题 1．对称三相Y 联接负载，各相阻抗为Ω+j3)3(，若将其变换为等效Δ联接负载，则各相阻抗为 C 。 A ．Ω+j1)1(； B ． 3Ω0 45/2； C ．Ω+j9)9(； D ．Ω+j3)3(3 2．如图11—1所示电路中，S 闭合时为对称三相电路，设0 0/U U A = V （A U 为A 相电源的电压），则S 断开时，负载端 C 。 A ．00/U U N A =' V ， 0120/-='U U N B V ； B ．00/U U N A =' ， 0180/U U N B =' V ； C ．030/23U U N A =' V ， 0150/23-='U U N B V ； D ．030/23-='U U N A V ， 030/2 3-='U U N B V ： 3．如图11—2所示对称三相电路中，线电流A I 为 D 。 A ．N A Z Z U + ； B ．N A Z Z U 3+ ； C ． 3 N A Z Z U + ； D ．Z U A 4．对称三相电路总有功功率为?=cos 3l l I U P ，式中的?角是 B 。 Ａ．线电压与线电流之间的相位差角； Ｂ．相电压与相电流之间的相位差角； Ｃ．线电压与相电流之间的相位差角； Ｄ．相电压与线电流之间的相位差角

5．如图11—3所示对称星形三相电路的线电流为2A ，当S 闭合后A I 变为 A 。 Ａ．6A ； B ．4A ； C ．34A ； D ．32A 》 解：设 0/0 U U A = ， 则0120/ -=U U B ， 0120/ U U C = ， 00150/3303-=-= U /U U A A BA ，0303/ U U C CA =， 开关闭合后 C B A I I I --= Z /U /U Z U U C A CA BA 003031503 +-= += 0000015015033012031503//Z U Z / /U /U A A A +-=+-= A 6233=?==Z U A 二、填空题 1．三相三线制电路中可用 二 瓦计法测量三相负载功率。在不对称三相四线制电路中，可用 三 瓦计法测量三相负载功率。 2．在图11—4所示三相电路中电源对称，C L X X R -==，电流表A 1的读数为5A ，电流表A 2的读数为59.2A ，电流表A 3读数为66.3A 。 解： 由于电源对称且有中线，若设A 相负载的相电压为0 0/U U A = ，则B 、C 两相的相电压分别为0120-=/U U B ，0120/U U C = ，由图11—4可见A 2的读数为 ，