误同期并网及机端突然短路对机组及电网危害严重。故障产生的强大冲击电流及电磁力会破坏绕组绝缘及定子端部结构件，产生的巨大脉振转矩对机组轴系的冲击会减少运行寿命。汽轮发电机由于具有较细长的轴系，加之机组单机容量大，使得机网动态问题更为突出。大型同步发电机在设计时对机端突然短路及严重的误同期并网故障都要进行计算，以优化轴系设计。论文基于大型同步发电机单机无穷大等值系统，建立了机网动态分析用的场-路-机-网耦合时步有限元仿真模型。发电机采用二维瞬态时步有限元模型，充分考虑不同时刻磁场饱和及涡流集肤效应等因素的影响；机械轴系采用多质量块弹簧系统模型，考虑各轴段传递的扭矩、阻尼转矩及每个质量块转速的不同变化等因素；主变压器及传输线均采用各自电磁暂态数学模型，可考虑输变电系统参数的影响。实现了电机二维瞬态电磁场、外电路、多质量块弹簧系统及电网的耦合。分别采用建立的场-路-机-网耦合模型和PARK方程模型对1250MW半速汽轮发电机120°和180°误同期并网进行了对比仿真，获得了电气系统和机械系统的主要物理量，同时还获得了电机内电磁现象的变化规律。耦合模型因考虑了转速变化、磁场饱和及涡流集肤效应等因素使得分析计算更准确。基于水力发电设备国家重点实验室内的电磁性能综合模拟实验系统，对120°误同期并网进行了仿真及实验对比，对比结果表明所建耦合模型正确。对1250MW半速汽轮发电机机端各种突然短路分别采用场-路耦合模型和PARK方程模型进行了对比分析，获得了定子电流、励磁电流及电磁转矩等主要物理量。并分别采用两种方法对某电厂实际发生的突然短路故障进行了仿真，仿真结果与现场实际录波进行了对比，结果显示场-路耦合时步有限元模型获得的结果更接近实测值。