凸极发电机定子绕组故障瞬变

3．2　同相不同支路间短路故障规律

　　如图8，A1对A2发生短路。A1故障点在α＝50％的位置，A2故障点可移动，随着短路点从A2中点开始向两侧移动，短路点之间的电势差增大。由此得出如图9和图10的曲线图。可以看出，故障电量的变化与绕组结构有密切关系。在α＝0～50％和50％～100％内的电量变化有较大区别，主要原因是组成单个线圈的匝数不一样。因此，机端附近故障引起的不对称度大于中性点侧故障，表示这种不对称的电量曲线斜率也要大些（见图9）。
    通过对电机基波电势分布的分析可知，在α＝50％处，2个短路点等电位，故短路环电流为零（一般地，发电机同相两分支的电势分布是不一致的，此时两分支相同位置的电势不相等，将会产生短路环电流）。随着故障点向两侧移动，不对称程度逐渐增大，Irg增加。以故障点向中性点推移为例，随Irg的增大，由它产生的感应电势逐渐增大，该电势将与A2分支的感应电势相抵消，且抵消程度呈增加的趋势。同时当短路点向中性点移动时，IA2的增加又是逐渐变缓的。所以随着α的减小，IA2的局部是凸形的。同样分析可知，IA1值呈凹形增加。同理，当短路点向机端推移时，A1分支电流IA1曲线是凸的，IA2曲线是凹的。短路匝电流IAK1为短路环电流和分支电流IA1的矢量和，IAK2则是它们的矢量差，因此变化趋势不难得到合理解释。

3．3　异相支路间短路故障

　　将图8的A2用B1分支代替，A1故障点仍在α＝50％处，B1故障点从该点移动。各电量的变化曲线如图11、12。由3 U0、Irg的曲线可知它们的变化主要取决于不对称度大小，3 U0的最小值约在50％处，因此处的不对称度最低。但在图11中，Irg最低点大约在20％处，可见除不对称度外，它还受短路环电势和阻抗变化等综合因素的影响。I0则不仅受故障严重程度的影响，还与故障所在空间位置有关。此外，在图11中，IA1在α＝0～50％侧是凹的，而50％～100％范围内则是凸的，这一点不难通过类似3．2的分析得到解释。对IB1来说，两边的曲线均呈凹形。这也是容易理解的，因为随着短路点向中性点移动，短路环电流在B1支路中引起的反向感应电势没有IB1产生的感应电势增长速度快。其它曲线的变化趋势不难以相同的原因得到解释。　

    值得指出的是，从这些电量变化的分析来看，凸极发电机定子绕组故障时，无论是匝间短路，还是同相异支或相间短路，都只能给出大体的短路电流和匝比的变化趋势。对具体的发电机来说，由于绕组结构的特殊性，以及支路之间的互感影响，各电量的变化趋势会有不同程度的改变。因此，较准确的分析必须通过具体分析计算或实验才能得到。

3．4　内部不对称短路故障比较

　　上述几种类型的故障都是定子绕组内部常见的不对称短路故障。考虑相同的短路匝比，即匝间短路的α等于支路间短路时两支路匝比和的情况，由图7、10和11来看，同相支路的短路环电流最小，当α＝100％时，其值最小为零，这是容易理解的，因为这时短路回路的感应电势是组成短路回路的两支路线圈的电势之差。就匝间短路和异相支路间短路来说，当匝比较大时，异相支路间短路环电流较大。再看故障引起的不对称度，比较各曲线图可见，一般说来，异相支路间短路最为严重，其次是匝间短路，然后才是同相支路的匝间短路。

3．5　断线故障

　　表3是在不同负载情况下A1分支发生断线故障后的电量变化。由表可见，一分支发生断线故障，电气量的变化与负载情况有关，重载时，电量变化相对较大。但总的说来，除了与断线分支空间相邻的分支外，其余各分支的电气量变化并不太大。从表中数据还可以推断，中性点连线电流不仅与负载有关，还将与具体的分支连接形式有关。

4　结论
    （1）故障支路瞬态电流值普遍大于稳态值，它对发电机造成的损坏将更为严重。
    （2）发电机绕组分布和结构对内部短路时的各状态量影响很大。即使是相同类型的同一匝比短路，由于空间位置不同，对各电量的影响也很大。一般说来，故障支路电流要大于非故障支路的电流。由于互感的差别，非故障支路电流的变化是不一样的。
    （3）保护方案的设计应根据发电机实际计算和试验的结果才能确定。

参考文献：

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