发电机是电力系统中最为关键的电气设备,它的稳定运行对整个电网的安全、稳定至关重要。发电机定子端部发生短路故障时,短路电流可能达到很大的数值,并引起阻尼条过热,危害发电机的安全。因此,发电机定子短路故障分析的研究具有重要的理论与应用价值。首先,本文对同步发电机定子短路故障进行了定性分析,根据同步发电机的基本理论对发电机短路故障后的定、转子电流的计算公式进行了推导,并讨论了不同定子绕组短路故障下的短路电流的变化情况。同时对定子三相短路、两相短路和单相接地短路进行了计算和分析。其次,结合同步发电机电磁场理论,推导出基于矢量磁位A的,并考虑各类边界条件的水轮发电机运动电磁场的边值问题。采用三角元剖分和线性插值,用Galerkin法建立了有限元离散化方程,对时步有限元求解过程中遇到的运动问题进行了分析,推导了模型中静止域和旋转域应满足的接口条件,并提出了本文在有限元求解中处理运动问题的方法,即时间步长和空间步长相结合的方法,完善了有限元法在同步发电机电磁场分析中的理论研究工作,为时步有限元模型的应用奠定了理论基础。最后,本文采用Ansoft有限元软件对225MW水轮发电机定子端部短路故障进行了分析,建立了场、路、运动直接耦合的时步有限元模型,通过改变定子外电路方程来模拟不同定子端部故障,得到了水轮发电机定子绕组端部三相短路、两相短路和单相接地短路下的定子绕组电流。根据阻尼条中电流和损耗的计算模型,得到了上述故障下阻尼条中的电流和损耗分布,其中定子不对称故障下阻尼绕组中的损耗较大,且损耗最大的阻尼条均为背风面的那一根。上述研究成果,有望为未来实现对发电机定子短路故障的在线预测与实时诊断提供重要的基础理论与方法的支撑。