但在精确度要求高，或者要研究较长时间的暂态过程的情况下，必须计及自动调节器的作用。应该指出，当短路被切除后，发电机端电压上升，达到强行励磁退出工作的电压值时，强行励磁将退出工作。为了确定强行励磁的工作状态，在计算过程中要检查发电机的电压。......
2023-06-15
强励磁对短路暂态过程的影响优化方案
【摘要】：前面对同步发电机暂态过程的分析，都没有考虑电机的自动调节励磁装置的影响。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。以上是短路点距电源的电气距离较远，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。
前面对同步发电机暂态过程的分析，都没有考虑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9-22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85%以下时，低电压继电器VR的触点闭合，接触器KM动作，励磁机磁场调节电阻Rc被短接，励磁机励磁绕组ff两端的电压uff升高。但由于励磁机励磁绕组具有电感，它的电流iff不可能突然增大，以致使与之对应的励磁机电压uf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ufm，如图9-23中按曲线1的规律变化。为了简化分析，通常为uf近似按指数规律上升到最大值ufm，即用图9-23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
图9-22 具有继电强行励磁的励磁系统示意图
图9-23 uf的变化曲线
式中 Tff——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d轴方向起作用，这个电流的变化量可以从发电机d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9-24是强行励磁装置动作后同步发电机d轴方向的等值电路（假设在发电机端点短路），从图中可以列出方程
图9-24 强行励磁装置动作后同步发电机d轴方向的等值电路
用rf除等式两边，得
上式的解为
式中，Δif＝（ifm－if［0］）是对应于Δufm的励磁电流强制分量的最大可能增量；F（t）则是一个包含T′d和Tff的时间函数；T′d因短路点的远近不同而有不同的数值，短路点愈远，T′d愈大，F（t）增大的速度愈慢。这是因为短路点愈远，故障对发电机的影响愈小的缘故。
由Δifm引起的空载电势的最大增量为
ΔEq将产生定子电流d轴分量的增量。由于无阻尼绕组发电机周期分量电流无q轴分量，可得ΔEq对应的a相电流周期分量为
从而使发电机的端电压也按相同的规律变化。
图9-25 强行励磁装置对空载电势和定子电流的影响
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9-25所示，从图中看出：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制分量，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制分量，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。
以上是短路点距电源的电气距离较远，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（9-48）～式（9-50）的规律增大。定子电流的强制分量为I＝uN/x。x是发电机端点到短路点间的电抗。
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