发电机三相突然短路的危害和仿真算法

　　摘要：柴油发电机组突然三相短路是一种常见的故障，也是柴油发电机电力系统保护所必须考虑的问题。突然三相短路是一个电瞬间过程。这个流程虽然短暂，但在此流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系统重要的因素，它威胁着系统的安全运行。探讨发电机的瞬态短路，可以为发电机的合理可靠的设计及安全运行供应理论依据，短路电流大小的确定不仅对于装置保护设备的整定规划具有重要的意义，而且对与其相联的其他发电机、电器及继电保护设备的购买和使用也有着重要的目的。

　　在发生短路后，短路电流取决于发电机的特性和运转因素。通常状况下，短路电流可能会达到很高的值，远远超过正常工作状态的电流。

　　      同步发电机作为市电和柴发机组的重要结构部分，其损坏可能致使动力系统不稳定、停电等现状。      为了保护发电机和电气装置，需要及时选择举措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故障。因此，定时验查发电机和电气系统的绝缘状况，并选取必要的维护和保护方案非常重要。

　　      可用于电源装置仿真计算的软件很多，相比较而言进口康明斯发电机，cummins是一个用于电源装置仿真较为理想的软件.。康明斯供应的动态系统仿真工具Simulink可用来对动态装置进行建模、仿真和解析，支持持续时间、离散时间及两者混合的线性、非线性系统，也支持多变量、多速率系统 。cummins电力装置工具箱使电力系统模型可以在Simulink环境下直接搭建，也可以根据所讨论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工具箱规划电力系统，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分析 ，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cummins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参数。

　　      发电机在带负载状况下突然三相短路，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，该模型包括柴油发电机模块、同步发电机模块、发电机测量控制装置模块、励磁装置模块、三相并列负荷元件和三相短路损坏模块。

　　      柴油发电机内的状态变量不止一个，但在实际设计中选择高阶模型则较困难。实践表明 ，采用一阶近似模型，不仅简化了设计作业，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，1500转/分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转速；发电机端输出的复合信号经发电机调速装置和励磁调压机构，到达同步发电机的输入端构成一个闭环控制回路。使用三相并车负荷元件模拟电路负载，负荷要点380V、50Hz三相交流电，消耗容量40kW

　　      利用三相短路损坏产生器元件实现同步发电机的三相短路。

　　      为了防止仿真过程中系统发生长久不稳定状态，必须准确设定装置的初始参数。仿真中，同步发电机的输入功率Pm，励磁电压w 及初始状态的设定可根据负荷需要由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，稳态运转计算，电感、频率测量，傅立叶剖析等仿真。Powergui模块可根据要点的同步发电机输出交流线电压值Vab和有功容量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定确定。

　　      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仿真装置给用户供应了定步长和变步长两大仿真算法。定步长求解器操作固定的步长对系统进行求解；变步长求解器则根据用户指定的积分误差能够自动调整仿真步长。因为本文探求的过程是一动态流程，因而，选购变步长仿真算法。

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

　　      短路情形往往是一暂态程序，为清楚显现这一程序，仿真中特意将短路损坏的保持时间设置的稍长一些。整个仿线s时间，由稳态运行开始，2s后三相短路故障发生，4s时短路损坏切除。为了便于剖析比较，各种数据均采用标幺值单位制。

　　      短路冲击电流指短路电流最大可能的瞬时值，用i表示。其详细用途是校验电气装备的电动力稳定度。非周期电流有最大初值的因素应为：

　　在t=0时与时间轴平行。      通常电力装置中沉阳康明斯发电机，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，非周期电流有最大值的条件为：短路前电路空载（I=0），并且短路发生时，电源电势过零（a=0）。

　　      ·在短路流程中，任意时刻t的短路电流高效值，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时刻的周期电流高效值应为?pt=?pmt / √2，如图6所示。

　　      发电机组突然三相短路动态过程因其时间短，冲击电流大，往往给动态数据的实验检测带来较大的困难高压发电机组，而利用近年来发展起来的仿真技术来探求这一程序，会使作业得到大大的简化。电力系统的动态仿真探讨将无法在实验室中进行的电力装置运行模拟得以实现。总之，同步发电机三相短路是一种易损的损坏，可能对市电和动力装置造成严重危害。因此，合理的剖析与消除同步发电机三相短路的方式非常重要，可以提高发电机的可靠性和大电的稳定性。