石建飛， 戈寶軍， 呂艷玲

(1.哈爾濱理工大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，哈爾濱 150080；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 電氣與信息學(xué)院，黑龍江 大慶 163319)

0 引 言

失磁故障屬于大容量發(fā)電機(jī)組常見的故障類型之一，因發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)復(fù)雜并有較多的環(huán)節(jié)組成，導(dǎo)致失磁故障明顯增多。由于失磁故障可導(dǎo)致發(fā)電機(jī)局部發(fā)熱、勵(lì)磁系統(tǒng)過電流等現(xiàn)象，最終引發(fā)電網(wǎng)崩潰，給大型發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行帶來影響。發(fā)電機(jī)失磁后通常將工作在異步狀態(tài)下，由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差的出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子將出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象；定子電流大小也因失磁故障而增加，導(dǎo)致定子鐵心過熱；發(fā)電機(jī)由于失磁故障會(huì)向電網(wǎng)吸取大量無功功率，同時(shí)有功功率輸出將明顯減少，從而使系統(tǒng)中部分設(shè)備，例如發(fā)電機(jī)、變壓器或線路等元件，可能發(fā)生過載，引起相應(yīng)元件的后備保護(hù)誤動(dòng)作，使故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來威脅。

在同步發(fā)電機(jī)失磁故障的研究中，國(guó)外學(xué)者多以路為基礎(chǔ)來建立模型進(jìn)行仿真分析。Raju D Rana等以路為基礎(chǔ)建立電機(jī)模型，針對(duì)機(jī)組并網(wǎng)工作時(shí)發(fā)生失磁故障進(jìn)行仿真研究。Les M Hajagos等采用動(dòng)態(tài)仿真的方法對(duì)發(fā)電機(jī)組失磁后的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，證明了該方法的有效性。Rodriguez O等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)組失磁故障發(fā)生后，盡管進(jìn)入到穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行狀態(tài)，仍可通過勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，恢復(fù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行于同步狀態(tài)[1-4]。文獻(xiàn)[5]中，東方電機(jī)公司的研究表明，當(dāng)機(jī)組因短路故障失磁時(shí)，機(jī)組對(duì)電網(wǎng)輸出的功率，同時(shí)包括電機(jī)轉(zhuǎn)差的變化以及定子電壓和電流的波動(dòng)均大于開路失磁，考慮到電網(wǎng)容量范圍，雖然電機(jī)在失磁狀態(tài)下，也將向系統(tǒng)發(fā)出有功功率。文獻(xiàn)[6]中，姚晴林從滑差影響因素的研究出發(fā)，通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)滑差變化情況，來判定機(jī)組失磁后的工作狀態(tài)，當(dāng)滑差超過允許的最大值時(shí)，應(yīng)發(fā)送切除發(fā)電機(jī)指令，將機(jī)組斷開起到保護(hù)的作用，從而避免事故擴(kuò)大。文獻(xiàn)[7]中，馬波濤等利用MATLAB建立失磁故障仿真模型，通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，針對(duì)不同故障條件，轉(zhuǎn)子在失磁后，將在低轉(zhuǎn)差工況運(yùn)行，隨后再返回到以前轉(zhuǎn)差所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定異步運(yùn)行，并呈現(xiàn)周期性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)電機(jī)具有滅磁電阻時(shí)，電機(jī)對(duì)系統(tǒng)影響將小于無滅磁電阻的情況[5-7]。

國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者都利用場(chǎng)的方法(有限元分析法)對(duì)失磁過程進(jìn)行深入研究。文獻(xiàn)[8]中，劉立軍通過對(duì)不同的失磁情況下電機(jī)的參數(shù)、氣隙磁密等變化規(guī)律的分析，開路失磁進(jìn)入穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行比短路失磁更容易，如果故障前機(jī)組承載較大負(fù)荷，就較難使機(jī)組快速恢復(fù)到之前的穩(wěn)態(tài)異步運(yùn)行。文獻(xiàn)[9]中，梁艷萍教授建立汽輪發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型和轉(zhuǎn)子端部三維渦流磁場(chǎng)模型，以有限元分析方法準(zhǔn)確得出轉(zhuǎn)子端部漏磁參數(shù)及渦流損耗的變化受不同轉(zhuǎn)差率工況下的影響，改進(jìn)了以修正系數(shù)來克服端部影響而產(chǎn)生的不足[8-9]。

目前，學(xué)者對(duì)于超高壓發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁故障的研究不多，文獻(xiàn)[10]通過建立失磁后超高壓發(fā)電機(jī)的變參數(shù)模型、二維物理模型和三維溫度場(chǎng)模型，利用失磁動(dòng)態(tài)仿真和二維場(chǎng)路耦合計(jì)算，分析了失磁故障時(shí)，機(jī)組的氣隙磁密、磁場(chǎng)分布、溫度場(chǎng)分布等的變化情況，在建模過程中，由于勵(lì)磁繞組與直軸阻尼繞組存在互感漏抗，因此在分析時(shí)將此漏抗的影響加以考慮，這樣對(duì)發(fā)電機(jī)在不同運(yùn)行工況下的分析就更加準(zhǔn)確[10]。

異步化超高壓同步發(fā)電機(jī)是將異步化同步發(fā)電機(jī)與超高壓同步發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)有效結(jié)合，其定子繞組由交聯(lián)聚乙烯電纜，可以輸出較高電壓，轉(zhuǎn)子通過變流器連接電網(wǎng)具有較好的調(diào)節(jié)特性。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于異步化超高壓同步發(fā)電機(jī)在發(fā)生失磁故障的研究還處于空白，因此本文對(duì)異步化超高壓發(fā)電機(jī)失磁故障的研究與分析，為高壓發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 問題假設(shè)

為了簡(jiǎn)化問題分析，突出所研究重點(diǎn)，提高建立數(shù)值計(jì)算模型適用性，達(dá)到實(shí)用的目的，本文對(duì)超高壓發(fā)電機(jī)提出以下假設(shè)：1)電機(jī)與無窮大容量系統(tǒng)直連時(shí)，定子端電壓將保持不變；2)如圖1所示，將電機(jī)結(jié)構(gòu)分割成直線部分與端部，直線部分以時(shí)步有限元法對(duì)二維電磁場(chǎng)進(jìn)行分析，端部則以解析計(jì)算法將其參數(shù)計(jì)入支路內(nèi)進(jìn)行分析；3)各變量的參考正方向與“路”的方法研究過程中保持一致；4)由于定、轉(zhuǎn)子材料具有非線性特性，為了研究簡(jiǎn)化，可在分析過程中忽略磁滯損耗、渦流損耗以及軸對(duì)稱性的畸變誤差帶來的影響；5)電機(jī)材料的電導(dǎo)率假定為常量。

圖1 異步化高壓同步發(fā)電機(jī)繞組模型Fig.1 Wingding model of asynchronous high synchronous generator

2 模型的建立

異步化高壓同步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)接線圖如圖2所示，異步化高壓同步發(fā)電機(jī)三相定子繞組與電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子側(cè)繞組則通過變流裝置進(jìn)行交流勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)兩條通路完成能量傳遞。圖2中發(fā)電機(jī)通過變槳距控制方式，且異步化高壓同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過變流器與電網(wǎng)進(jìn)行能量雙饋完成轉(zhuǎn)子的交流勵(lì)磁，其特點(diǎn)是通過對(duì)轉(zhuǎn)子電流的控制來調(diào)節(jié)電機(jī)輸出功率，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在最大功率附近。

圖2 異步化高壓同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)接線圖Fig.2 Asynchronous high synchronous generator system connection diagram

其定子繞組為Y型接線，電路中所示的電壓與電流的參考方向如圖3所示。

根據(jù)圖3可建立定子回路方程為：

圖3 定子回路及參考方向Fig.3 Stator circuit and reference direction

(1)

式中相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用向量磁位表示為

(2)

式中：NS為每槽繞組匝數(shù)(或勵(lì)磁繞組的匝數(shù))；S為某相電流(或勵(lì)磁電流)流出或流入端(如A或X等)導(dǎo)電區(qū)域的總面積；N為某相繞組流入、流出導(dǎo)電區(qū)域的單元總和；Leff為電機(jī)的軸向有效長(zhǎng)度；當(dāng)單元位于繞組電流流入端如A、B、C導(dǎo)電區(qū)域時(shí)，p=1，否則p-1。

將式(1)和式(2)中變量I、?A/?t、dI/dt改寫成向量矩陣方程為

(3)

其中：Us、Is分別為定子三相電壓和電流的列向量；M、Rs、L各變量的系數(shù)數(shù)矩陣。

異步化超高壓同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組回路的等效電路如圖4所示，正常運(yùn)行和失磁故障可通過k1～k7這些開關(guān)組合來等效。

圖4 轉(zhuǎn)子繞組回路等效電路圖Fig.4 Equivalent circuit diagram of rotor winding loop

圖4中，正常運(yùn)行時(shí)，可以通過將k1、k2、k3閉合，同時(shí)k4、k5、k6、k7打開來等效；當(dāng)勵(lì)磁繞組三相出現(xiàn)短路故障而失磁時(shí)，可將k1、k2、k3打開，同時(shí)k4、k5、k6、k7閉合來等效；A、B兩相短路失磁時(shí)，可將k1、k2、k5、k7打開，同時(shí)k3、k4、k6閉合來等效，根據(jù)圖4得到轉(zhuǎn)子繞組電路方程為：

(4)

根據(jù)等值電路列出回路矩陣方程為

(5)

其中：N、Rr、Lf為變量If、A/t、dIf/dt在轉(zhuǎn)子回路中對(duì)應(yīng)的系數(shù)矩陣。式(5)參數(shù)k表示失磁的程度，k通過開關(guān)進(jìn)行模擬，閉合時(shí)k1，模擬短路失磁，斷開時(shí)k=∞，模擬開路失磁，k為其他值可模擬部分失磁。

將式(3)和式(5)聯(lián)立可得到異步化高壓發(fā)電機(jī)場(chǎng)路耦合方程組為

(6)

3 仿真結(jié)果與分析

仿真系統(tǒng)中電機(jī)定子三相繞組采用Y接方式，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 電機(jī)參數(shù)Table 1 Electric machine parameter

3.1 異步化高壓發(fā)電機(jī)對(duì)稱失磁故障分析

利用上述已經(jīng)建立的仿真系統(tǒng)分析異步化高壓發(fā)電機(jī)對(duì)稱失磁故障。圖5為s=0和圖6為s=-0.2兩種情況下，異步化高壓發(fā)電機(jī)額定穩(wěn)態(tài)運(yùn)行及失磁運(yùn)行時(shí)一個(gè)磁極下的氣隙磁密云圖。

圖5 s=0失磁前后磁力線分布和磁通密度云圖Fig.5 Magnetic field line distribution and magnetic flux density before and after loss of excitation when s=0

從圖5可知：異步化高壓發(fā)電機(jī)在正常工況下的磁密與磁力線分布，在突然發(fā)生對(duì)稱故障時(shí)，失磁后電磁場(chǎng)分布保持均勻。盡管定、轉(zhuǎn)子鐵心的磁通密度都改變，但是在其對(duì)應(yīng)的氣隙處最為明顯。齒部磁密、軛部局部磁密和氣隙磁密均變大。

由圖6可知：s=-0.2時(shí)，發(fā)電機(jī)發(fā)生故障失磁后導(dǎo)致電機(jī)的齒部、軛部局部、氣隙三處磁密都變大。對(duì)比圖5和圖6可知，s為-0.2時(shí)的磁密略大于s為0時(shí)的磁密。主要是由于在分析前假設(shè)電網(wǎng)電壓為常量，因此電機(jī)的端電壓應(yīng)與系統(tǒng)電壓保持一致。因電機(jī)失磁導(dǎo)致磁場(chǎng)減弱，為了維持機(jī)端電壓為常量，異步化高壓發(fā)電機(jī)需要電網(wǎng)來提供無功電流用于補(bǔ)償減弱的磁場(chǎng)，使氣隙中的合成磁場(chǎng)維持恒定。

圖6 s=-0.2失磁前后磁力線分布和磁通密度云圖Fig.6 Magnetic field line distribution and magnetic flux density before and after loss of excitation when s=-0.2

通過在不同轉(zhuǎn)差率下對(duì)氣隙磁密進(jìn)行諧波分析。當(dāng)s=0和s=-0.2時(shí)，異步化高壓發(fā)電機(jī)失磁前后的氣隙徑向磁密及諧波分析分別如圖7～圖8所示。

在圖7(a)中，異步化高壓發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，氣隙磁密波形具有較好的對(duì)稱性，呈正弦分布，高次諧波磁場(chǎng)幅值較小。圖7(b)與(a)相比發(fā)現(xiàn)，氣隙磁密的波形發(fā)生明顯變化，最大絕對(duì)值有明顯增加。其中，氣隙磁場(chǎng)基波幅值增加較小，因?yàn)殡姍C(jī)的定子繞組與系統(tǒng)直連，故電機(jī)端口電壓與系統(tǒng)電壓一致。因電機(jī)失磁導(dǎo)致磁場(chǎng)減弱，同樣為了維持機(jī)端電壓為常量，異步化高壓發(fā)電機(jī)需要電網(wǎng)來提供無功電流用于補(bǔ)償減弱的磁場(chǎng)，使氣隙中的合成磁場(chǎng)維持恒定，電機(jī)端口電壓也將保持不變。同時(shí)，5次和7次諧波幅值也略有增加。

圖7 s=0失磁前后氣隙徑向磁密波形及諧波分布Fig.7 Air gap flux density and harmonic distribution before and after loss of excitation when s=0

從圖8可知：額定工況下，當(dāng)s為0時(shí)，氣隙磁密的諧波分布中高次諧波幅值均有增加。s=-0.2運(yùn)行情況下，3、5、7次諧波幅值比s=0時(shí)的幅值明顯增加。

圖8 s=-0.2失磁前后氣隙徑向磁密波形及諧波分布Fig.8 Air gap flux density and harmonic distribution before and after loss of excitation when s=-0.2

異步化高壓發(fā)電機(jī)定子繞組會(huì)因短路故障的發(fā)生使感應(yīng)電流變大，這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)絕緣被破壞，使繞組本身也產(chǎn)生一定的損壞，因此通過分析異步化高壓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在失磁前后主要電氣量變化特點(diǎn)，在工程上具有重要意義。在s=-0.2和s=0工況下，對(duì)稱故障在失磁前后定子A相電流曲線及諧波分析如圖9和圖10所示。

圖9 s=-0.2失磁前后定子A相電流波形及諧波分布Fig.9 Current wave and harmonic distribution of stator of A phase before and after loss of excitation when s=-0.2

圖10 s=0失磁前后定子A相電流波形及諧波分布Fig.10 Current wave and harmonic distribution of stator of A phase before and after loss of excitation when s=0

由圖9可知：在電機(jī)額定工況下其定子電流波形以基波為主，含有較少的諧波成分；當(dāng)0.5 s時(shí)，轉(zhuǎn)子三相繞組出現(xiàn)對(duì)稱短路故障后，導(dǎo)致定子電流突然增加到額定電流的1.5倍。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)對(duì)稱短路時(shí)，變流裝置因無法為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，故在故障初期僅轉(zhuǎn)子剩磁起作用，經(jīng)0.2 s后，發(fā)電機(jī)達(dá)到相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的新狀態(tài)，發(fā)電機(jī)通過定子從系統(tǒng)吸收無功功率來建立磁場(chǎng)。在發(fā)生對(duì)稱短路故障后，定子電流感應(yīng)出大量諧波，且各次諧波幅值均有明顯增加。

從圖10可知：當(dāng)失磁產(chǎn)生后，定子電流幅值在不斷增加并產(chǎn)生振蕩。電流波形中包含大量諧波成分，且基波成分增加明顯。轉(zhuǎn)子失磁故障對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的異步化高壓發(fā)電機(jī)存在相當(dāng)嚴(yán)重的危害。定子繞組在發(fā)生故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)較大的感應(yīng)電流，可能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)絕緣和繞組線圈均有損壞。由于定子電流增大也會(huì)使后備保護(hù)動(dòng)作，使故障波及范圍變大，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

3.2 異步化高壓發(fā)電機(jī)不對(duì)稱失磁故障分析

條件假設(shè)：系統(tǒng)中異步化高壓發(fā)電機(jī)失磁可帶額定負(fù)載進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行過程中，端口電壓保持恒定。當(dāng)s=0和s=-0.2時(shí)，異步化高壓發(fā)電機(jī)分別在額定負(fù)載和轉(zhuǎn)子兩相短路失磁兩種工況下，單極磁力線和氣隙磁密分布云圖如圖11和圖12所示。

圖11 磁力線和氣隙磁密云圖Fig.11 Magnetic field line and magnetic flux density

圖12 磁力線和氣隙磁密云圖Fig.12 Magnetic field line and magnetic flux density

當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生轉(zhuǎn)子兩相短路時(shí)，定、轉(zhuǎn)子鐵心的磁通密度都發(fā)生變化，其氣隙處變化最為明顯。由圖11(a)、圖11(b)、圖12(a)和圖12(b)可以看出，不同轉(zhuǎn)差工況運(yùn)行下，磁力線分布規(guī)律改變，同時(shí)磁密增大的位置也受到影響，且s=-0.2時(shí)的磁密大于s=0。齒部磁密、軛部局部磁密和氣隙磁密均變大。在s=0時(shí)，異步化高壓發(fā)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子兩相短路故障時(shí)，與額定穩(wěn)態(tài)時(shí)相比，其磁通密度最大值增大，且最大磁密相差0.2 T，齒部鐵心出現(xiàn)過飽和。

從圖13和圖14可知：由于轉(zhuǎn)差率的不同，并網(wǎng)運(yùn)行后，異步化高壓發(fā)電機(jī)在s<0時(shí)運(yùn)行，失磁故障前后的氣隙徑向磁密和諧波分布如圖13～圖14所示。

從圖13(a)和圖13(b)對(duì)比可知：當(dāng)異步化高壓發(fā)電機(jī)發(fā)生兩相短路故障后，由于轉(zhuǎn)子電流的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)也隨之發(fā)生變化，從而合成氣隙磁場(chǎng)發(fā)生畸變，主要表現(xiàn)在失磁后基波、3次、5次諧波幅值增加，且3次和5次諧波增加程度大于基波，7、9、11次諧波幅值相反而減小，可見，異步化高壓發(fā)電機(jī)在同步運(yùn)行下，氣隙磁場(chǎng)中高次諧波變化受兩相短路影響較大。

圖13 s=0失磁前后氣隙徑向磁密和諧波分布Fig.13 Air gap flux density and its harmonic distribution before and after loss of excitation when s=0

從圖14(a)和圖14(b)對(duì)比可知：異步化高壓發(fā)電機(jī)在s<0時(shí)運(yùn)行，勵(lì)磁繞組兩相短路故障后因轉(zhuǎn)子電流發(fā)生變化，并在定、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)共同作用后，合成的氣隙磁密在幅值上略有減小。其中，只有5次諧波略有增加，而其他高次諧波與正常運(yùn)行時(shí)相比均有減小?？梢?，異步化高壓發(fā)電機(jī)在此工況下，兩相短路對(duì)氣隙基波和高次諧波還是有明顯影響。

圖14 s=-0.2失磁前后氣隙徑向磁密和諧波分布Fig.14 Air gap flux density and its harmonic distribution before and after loss of excitation when s=-0.2

s=-0.2時(shí)，異步化高壓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生兩相短路故障時(shí)，失磁前后其定子單相電流波形以及正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)諧波曲線分別如圖15(a)、(b)和(c)所示。

從圖15(b)可知：異步化高壓發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行工況下，定子電流中除了基波分量外，諧波分量很小。通過仿真設(shè)定在t=0.5 s時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生兩相短路故障情況下對(duì)定子電流進(jìn)行分析，由圖15(a)和圖15(c)可知，定子單相電流增加到正常運(yùn)行時(shí)的4.2倍。由于轉(zhuǎn)子發(fā)生兩相短路削弱發(fā)電機(jī)勵(lì)磁作用，僅由轉(zhuǎn)子的非故障相承擔(dān)勵(lì)磁，因此電機(jī)的短路電流呈衰減趨勢(shì)，并在0.8 s后進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)，其穩(wěn)態(tài)值約故障前3倍，且故障后電流基波分量增加而諧波分量不大。

圖15 s=-0.2失磁前后定子A相電流波形和諧波分布Fig.15 Current wave and harmonic distribution of stator current of single phase before and after loss of excitation when s=-0.2

當(dāng)s=0時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子兩相短路故障失磁前后定子單相電流波形以及正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)諧波分布情況分別如圖16(a)、(b)和(c)所示。從圖16(a)可知：異步化高壓發(fā)電機(jī)兩相失磁后定子單相電流出現(xiàn)不斷增大并伴隨振蕩現(xiàn)象，運(yùn)行至2.5 s后進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)。與轉(zhuǎn)子對(duì)稱故障失磁相比，定子電流中所含諧波有增長(zhǎng)趨勢(shì)，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間明顯增長(zhǎng)，因此可根據(jù)電機(jī)故障后穩(wěn)定所需的時(shí)間作為檢測(cè)異步化高壓發(fā)電機(jī)發(fā)生不同類型故障的參考標(biāo)準(zhǔn)，提高故障類型判定的準(zhǔn)確性。

圖16 s=0失磁前后定子A相電流波形和諧波分布Fig.16 Current wave and harmonic distribution of stator current of single phase before and after loss of excitation when s=0

4 結(jié) 論

本文建立了異步化高壓發(fā)電機(jī)的場(chǎng)模型及失磁系統(tǒng)的場(chǎng)路耦合模型，利用該模型對(duì)轉(zhuǎn)子繞組對(duì)稱與非對(duì)稱失磁故障進(jìn)行了分析，得出了異步化高壓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在發(fā)生對(duì)稱短路與非對(duì)稱短路故障失磁前后，其產(chǎn)生的氣隙磁場(chǎng)和定子感應(yīng)電流的變化規(guī)律。在短路故障時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生氣隙磁密的波形變化明顯，諧波含量隨轉(zhuǎn)差率的增大而增多。

當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生短路失磁時(shí)，由于異步化高壓發(fā)電機(jī)的定子繞組與電網(wǎng)直接連接，其端電壓不發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)一定要從系統(tǒng)吸收無功電流來補(bǔ)償因故障而減弱的磁場(chǎng)。

當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組因兩相不對(duì)稱短路故障而失磁時(shí)，都會(huì)引起定、轉(zhuǎn)子鐵心的磁通密度改變，且磁密增加位置也會(huì)因轉(zhuǎn)差不同而不同，當(dāng)s=-0.2時(shí)，磁密幅值比同步運(yùn)行狀態(tài)下略大，定子電流幅值約為額定工況下的3倍，其諧波含量明顯增加，研究?jī)?nèi)容可以為異步化高壓發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)提供數(shù)據(jù)支持。