发电机三相突然短路的危害和仿真算法

摘要：柴发机组突然三相短路是一种易发的故障，也是柴油发电机电力装置保护所必须考虑的问题。突然三相短路是一个电瞬间流程。这个程序虽然短暂，但在此过程中会发生巨大的冲击电流，大的短路电流是破坏发电机及其电力装置重要的条件，它威胁着装置的安全运行。探求发电机的瞬间短路，可以为发电机的合理可靠的设计及安全运转提供理论依据，短路电流大小的确定不仅对于系统保护装备的整定设计具有重要的意义，而且对与其相联的其他发电机、电器及继电保护设备的选用和操作也有着重要的意义。

在产生短路后，短路电流取决于发电机的特点和运行要素。通常情形下，短路电流可能会达到很高的值，远远超过正常作业状态的电流。

      同步发电机作为市电和柴油发电机组的重要结构部分，其损坏可能导致动力系统不稳定、停电等现象。      为了保护发电机和电气装置，需要及时选择途径来切断电源并维修短路问题。否则，短路电流可能会致使发电机内部零件的故障，甚至引发火灾和其他严重损坏。因此，定时检修发电机和电气系统的绝缘状况，并选择必要的维保和保护办法非常重要。

      可用于电源系统仿真计算的软件很多康明斯低噪音柴油发电机组，相比较而言，康明斯是一个用于电源系统仿真较为理想的软件.。cummins供应的动态装置仿真工具Simulink可用来对动态系统进行建模、仿真和剖析，支持连续时间、离散时间及两者混合的线性、非线性装置，也支持多变量、多速率装置 。cummins电力系统工具箱使电力装置模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以根据所探求对象的物理模型建立其数学模型，并进行封装和自定义为用户自己的模块库，利用PSB工具箱规划电力装置，在Simulink环境下，不仅可以仿真装置的动态过程，还可以对系统进行稳态潮流剖析 ，充分显现了其强大的仿真平台以及作图环境的优越性。本文将利用康明斯仿真装置模拟分析发电机突然三相短路动态程序中各种电力参数的变化规律，为发电机组的安全使用提供可靠的技术数据。

      发电机在带负荷情况下突然三相短路，电路如图1所示。可利用SimPowerSystems模块对其短路步骤中的各种电流波形（如图2所示）和电压波形建立模拟仿真模型。在SimPowerSystems环境下建立的发电机装置模型，该模型包括柴油发动机模块、同步发电机模块、发电机测定控制系统模块、励磁装置模块、三相并联负荷元件和三相短路故障模块。

      柴油发动机内的状态变量不止一个斯坦福发电机官网，但在实际布置中选取高阶模型则较困难。实践表明 ，选取一阶近似模型，不仅简化了布置工作，并且能达到满意的效果。

（3）仿真用同步发电机是一台额定值为50kVA，380V，50Hz，1500r/min的凸极式三相同步发电机。

      控制装置的输入信号为角转速整定值、定子电压的均方根整定值和从发电机端输出的复合信号；复合输出信号为定子电压的均方根和角速度；发电机端输出的复合信号经发动机调速装置和励磁调压装置，到达同步发电机的输入端构成一个闭环控制回路。操作三相并机负载元件模拟电路负荷，负载要点380V、50Hz三相交流电，消耗功率40kW

      利用三相短路损坏发生器元件实现同步电机的三相短路。

      为了防止仿真过程中系统产生长久不稳定状态，必须准确设定装置的初始数据。仿真中，同步发电机的输入容量Pm，励磁电压w 及初始状态的设定可根据负载需要由Powergui模块来给出。Powergui模块是康明斯电力装置仿真工具箱中功用很强大的一个模块，可进行电机的初始状态设定，稳态运行计算，电感、频率测量，傅立叶剖析等仿真。Powergui模块可根据要求的同步发电机输出交流线电压值Vab和有功功率值计算出同步发电机的输入容量Pm，励磁电压Vf及初始状态值等参数。计算出稳态值后，再将稳态时的机械容量、励磁电压、机端电压及定子电流作为装置的初始值提供给装置，即完成稳态初始值设置。发电机和负载的参数均由试验测量确定。

      仿真算法选购的合理与否将危害到仿真结果和仿真转速。cummins仿真系统给用户供应了定步长和变步长两大仿真算法。定步长求解器使用固定的步长对装置进行求解；变步长求解器则根据用户*的积分误差能够自动调节仿真步长。由于本文讨论的流程是一动态程序，因而，选型变步长仿真算法。

-φ）.....................（公式2）      式中，?m=Um/｛√（R+R’）2+（X+X’）2｝；

      短路现状往往是一暂态流程，为清楚显现这一步骤，仿真中特意将短路故障的保持时间设置的稍长一些。整个仿线s时间，由稳态运转开始，2s后三相短路故障产生，4s时短路故障切除。为了便于剖析比较，各种参数均选用标幺值单位制。

      短路冲击电流指短路电流较大可能的瞬时值，用i表示。其主要作用是校验电气装置的电动力稳定度。非周期电流有较大初值的要素应为：

在t=0时与时间轴平行。      通常电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，即ωLR，故可近似认为φ≈90。因此，非周期电流有较大值的因素为：短路前电路空载（I=0），并且短路发生时，电源电势过零（a=0）康明斯发电机组厂家排名。

      ·在短路程序中，任意时刻t的短路电流有效值，是指以时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，关系相量图如图5所示。为了简化计算，一般假定：非周期电流在以时间t为中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间t的高效值就等于它的瞬时值，即?

pt.....................（公式3）      对于周期电流，认为它在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的t时刻的幅值。因此，t时刻的周期电流有效值应为?pt=?pmt / √2，如图6所示。

      发电机组突然三相短路动态步骤因其时间短，冲击电流大，往往给动态数据的实验测量带来较大的困难，而利用近年来发展起来的仿真技术来研究这一流程，会使作业得到大大的简化。电力系统的动态仿真研究将无法在实验室中进行的电力系统运转模拟得以实现。总之，同步发电机三相短路是一种易发的损坏，可能对市电和动力系统造成严重危害。因此，合理的剖析与解决同步发电机三相短路的程序非常重要，可以提升发电机的可靠性和电网的稳定性。