電力系統(tǒng)暫態(tài)分析要點與分析_第1頁
電力系統(tǒng)暫態(tài)分析要點與分析_第2頁
電力系統(tǒng)暫態(tài)分析要點與分析_第3頁
電力系統(tǒng)暫態(tài)分析要點與分析_第4頁
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文檔簡介

1、電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析Ch11 .電力系統(tǒng)暫態(tài) 指電力系統(tǒng)受突然的擾動后,運行參數(shù)發(fā)生較大的變化即引起電磁暫態(tài)、機(jī)電暫態(tài)過程。 電磁暫態(tài)是電壓電流等電氣運行參數(shù)的快速變化過程。機(jī)電暫態(tài)是角速度等機(jī)械運行參數(shù)的慢速變化。電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析是研究交流電力系統(tǒng)發(fā)生短路(斷線)后電壓電流的變化。2 .元件參數(shù)指發(fā)電機(jī)、變壓器、線路的屬性參數(shù),運行參數(shù)指反映電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的電氣、機(jī)械參數(shù)。3 .故障類型:短路(三相短路、兩相短路、兩相短路接地、單相短路接地)、斷線(一相斷線、兩相斷線)。 對稱故障(三相短路)、不對稱故障(不對稱短路、斷線故障)。短路故障(橫向故障)、斷線故障(縱向故障、非全相運行)。

2、簡單故障:指電力系統(tǒng)中僅有一處發(fā)生短路或斷線故障, 復(fù)雜故障:指電力系統(tǒng) 中有多處同時發(fā)生不對稱故障。4 .短路危害:短路電流大使設(shè)備過熱并產(chǎn)生一定的電動力、故障點附件電壓下降、功率不平衡失去穩(wěn)定、不對稱故障產(chǎn)生不平衡磁通影響通信線路。短路計算目的:電氣設(shè)備選型、繼電保護(hù)整定、確定限制短路電流措施、電氣接線方式的選擇。短路解決措施:繼電保護(hù)快速隔離、自動重合閘、串聯(lián)電抗器。5 .無限大功率電源 指短路點距離電源的電氣距離較遠(yuǎn)時,短路導(dǎo)致電源輸出功率的變化量遠(yuǎn)小于電源所具有的功率的電源。6 .無限大功率電源的三相突然短路電流:1.短路電流含有二種分量:基頻穩(wěn)態(tài)分量、直流暫態(tài)分量。2.基頻穩(wěn)態(tài)分量

3、比短路前電流大,其大小受短路后回路的阻抗值決定。3.直流暫態(tài)分量其大小由短路前電流和短路后電流的交流穩(wěn)態(tài)值決定,并按短路后回路的時間常數(shù) Ta衰減為0(出現(xiàn)原因:短路前后電感電流不能突變)。7 .最大短路電流條件:短路前線路空載、短路后回路阻抗角 忠90°、電壓初始角a為0°或180。出現(xiàn)時 間:在短在后0.01秒時刻出現(xiàn)。短路沖擊電流:指在短路時可能達(dá)到的最大短路電流瞬時值。三相電流中那相的直流分量起始值越大,則其短路電流越大 。8 .短路電流有效值:一個周期內(nèi)瞬時電流的均方根即短路電流的交流分量有效值與直流分量的平方和的平 方根。短路電流的 最大有效值:短路后的第一個周

4、期內(nèi)短路電流的有效值的最大值。9 .短路功率:三相短路與短路點正常工作時的電壓構(gòu)成的三相功率。* SD .3U BID ID *Sd =-=-= =I D ,短路功率的標(biāo)幺值等于三相短路電流周期分量的標(biāo)幺值3U BIB 3UBIB IBCh21 . Park變換引入的原因:由于定子、轉(zhuǎn)子之間存在相對運動,故其電感系數(shù)或為1倍或為2倍轉(zhuǎn)子角的周期函數(shù),故電壓和磁鏈方程是一組變系數(shù)的微分方程。通過 Park變換,定子的靜止三相繞組被三個隨轉(zhuǎn)子旋 轉(zhuǎn)的等效繞組dd繞組、qq繞組、00繞組所代替,由于這些繞組之間均不存在相對運動,故在Park坐標(biāo)系下的各個繞組的自感和互感均為常數(shù),故電壓和磁鏈方程是一

5、組常系數(shù)的微分方程,有利于求解。2 .同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)計算:Eq = L - (rlA- jx( 7) ft U + jx I區(qū)-)力+J)凸級機(jī):Eq - U + (?j 1+ j/ Z) L7+ J3 .同步發(fā)電機(jī)的三相短路電流計算(定子基頻分量)無阻尼繞組:由于暫態(tài)電勢正比于勵磁繞組磁鏈故Eq'在短路前后保持不變,機(jī)端短路后機(jī)端電壓為U=0,暫態(tài)電流(電流基頻分量的起始值)為:有阻尼繞組:%.當(dāng)由于次暫態(tài)電勢Eq" 、Ed” 、E”在短路前后均保持不變,機(jī)端短路后機(jī)端電壓為U=0,次暫態(tài)電流(電流基頻分量的起始值)定子穩(wěn)態(tài)電流,如果勵磁調(diào)節(jié)器沒有動作,則 q用短路前相等

6、。4 .同步發(fā)電機(jī)的三相短路暫態(tài)過程電磁暫態(tài)過程中: 繞組磁鏈?zhǔn)睾惝a(chǎn)生自由直流分量,電磁感應(yīng)產(chǎn)生的為自由交流分量定子繞組電流:1 .基頻穩(wěn)態(tài)分量:由轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)直流分量I f|0|生成,不衰減。2 .基頻暫態(tài)分量:包含暫態(tài)分量(以 Td衰減)、d軸次暫態(tài)分量(以Td衰減)、q軸次暫態(tài)分量(以Tq 衰減)。3 .直流暫態(tài)分量和倍頻暫態(tài)分量:為了保持短路前定子繞組的磁鏈,產(chǎn)生恒定的靜止磁鏈,以Ta衰減勵磁繞組電流:1 .直流穩(wěn)態(tài)分量分量:由外施勵磁電壓產(chǎn)生2 .直流暫態(tài)分量:由于短路后定子基頻電流增大,為了抵制電樞反應(yīng)磁場在勵磁繞組交鏈產(chǎn)生磁鏈,維持 勵磁繞組的磁鏈不變而產(chǎn)生。(以 Td衰減)3 .基

7、頻分量:定子直流電流產(chǎn)生磁場與轉(zhuǎn)子相對運動而產(chǎn)生(以Ta衰減)D繞組電流:Td衰減)1 .直流暫態(tài)分量:為維持直軸阻尼繞組的磁鏈不變而產(chǎn)生(以Ta衰減)2 .基頻暫態(tài)分量:定子直流電流產(chǎn)生磁場與轉(zhuǎn)子相對運動而產(chǎn)生(以Q繞組電流: "1 .直流暫態(tài)分量:為維持交軸阻尼繞組的磁鏈不變而產(chǎn)生(以 T。衰減) q2 .基頻暫態(tài)分量:定子直流電流產(chǎn)生磁場與轉(zhuǎn)子相對運動而產(chǎn)生(以Ta衰減)5 .全電流表達(dá)式:(有阻尼繞組a相)如力 Mg1-1皿)廳'XX jX a j4 Arf Xti6 . abc基頻交流dq0直流,abc直流dq0基頻交流,abc倍頻交流dq0基頻交流。7 .為什么要

8、引入暫態(tài)電勢Eq、Eq、Ed、E ?答:不計阻尼回路時,Eq'為暫態(tài)電動勢,它與勵磁繞組磁鏈Wf有關(guān),故在擾動前后瞬間不變,可用來計算短路后瞬間的基頻交流分量。當(dāng)計及阻尼回路時,Eq”為q軸次暫態(tài)電動勢,由于其正比于f繞組磁鏈和D繞組磁鏈的線性組合,可用來計算短路后瞬間基頻d2" 2軸次暫態(tài)電流初始值,Ed為d軸次暫態(tài)電動勢,用來計算基頻q軸次暫態(tài)電流初始值,E = E Eq + EdCh31.在對電網(wǎng)三相對稱短路的起始次暫態(tài)電流進(jìn)行實用計算時,采用等值法與采用疊加法的主要不同之處有 哪些?答:等值法與疊加法的主要不同之處有:1) 短路前的電氣量求?。旱戎捣ㄒ蟪龈鱾€電源點的

9、次暫態(tài)電勢E",而疊加法要求出短路點開路電壓以及待求量的正常分量。2) 網(wǎng)絡(luò)化簡:等值法針對有源網(wǎng)絡(luò)求取各個電源對短路點的轉(zhuǎn)移電抗,而疊加法針對無源網(wǎng)絡(luò)求取整個網(wǎng)絡(luò)對短路點的等值電抗。3) 最后,等值法對有源網(wǎng)絡(luò)直接求取其它待求量,而疊加法對無源網(wǎng)絡(luò)求取其它待求量的故障分量且 要加上正常分量。2.任一時刻短路電流計算(交流分量的有效值): 運算曲線法。計算步驟:制定短路后系統(tǒng)的等值電路(略去電阻、并聯(lián)支路以及負(fù)荷); 網(wǎng)絡(luò)變換化簡求取各個等值發(fā)電機(jī)對短路點的轉(zhuǎn)移電抗;(可合并遠(yuǎn)離短路點的同類型電源)將轉(zhuǎn)移電抗轉(zhuǎn)化為計算電抗。(無限大電源不需要)。 查運算曲線求得各個電源的短路電流的標(biāo)

10、幺值。(無限大電源的短路電流為轉(zhuǎn)移電抗的倒數(shù))將查得的短路電流標(biāo)幺值按電源基準(zhǔn)容量以及平均電壓轉(zhuǎn)換為有名值后相加。3.計算機(jī)求解法步驟:先作潮流計算,求節(jié)點電壓和支路電流的正常分量; 列寫節(jié)點導(dǎo)納矩陣方程,并在f節(jié)點注入單位電流,求解線性方程,得到 f列的阻抗矩陣元素。 用f點的自阻抗元素求故障點次暫態(tài)電流。 用節(jié)點i與f點之間的互阻抗元素,求節(jié)點i的節(jié)點電壓的故障分量;合并節(jié)點電壓的正常分量和故障分量得到短路后的實際節(jié)點電壓; 求得各個支路的次暫態(tài)電流。4 .電源的轉(zhuǎn)移電抗 是指消去中間節(jié)點后電源與短路點直接連接的電抗,運算電抗是指轉(zhuǎn)移電抗歸算為以該電源發(fā)電機(jī)額定容量為基準(zhǔn)容量后的值。網(wǎng)絡(luò)對

11、短路點的等值電抗是指所有電源對短路點轉(zhuǎn)移阻抗的并聯(lián)。運算曲線:以運算電抗xjs為橫坐標(biāo),不同時刻t的短路電流It為縱坐標(biāo),制成的關(guān)系曲線It=f(xjs,t) o5 .合并電源條件:1.電源的類型和參數(shù)相同 2.電源距短路點的電氣距離基本相同,一般合并遠(yuǎn)離短路點的同類型電源。6 .短路計算較正常的潮流計算的等值網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別:近似實用計算中,短路計算可不計及負(fù)荷、不計實際變比、不計線路電阻和電納等,甚至假設(shè)短路前為空載運行,各點電壓標(biāo)幺值為1。=Ui 7 .自阻抗定義:為除點i外其它節(jié)點的注入電流為0, i節(jié)點電壓與i注入電流的比值:' 廠、M 互阻抗定義:為i節(jié)點注入電流其它節(jié)點注入電流

12、為0, j節(jié)點電壓值與i節(jié)點注入電流的比值:8 .三相短路實用計算中,同步發(fā)電機(jī)如何等值?在什么情況下應(yīng)該將異步電動機(jī)(綜合負(fù)荷)作為電源看待?答:三相短路實用計算中,同步發(fā)電機(jī)可用直軸次暫態(tài)電抗Xd ",而電動勢采用次暫態(tài)電勢 E另外在不及負(fù)荷時也可假設(shè)全網(wǎng)空載,全部電動勢均為1且同相位。對于距離短路點較遠(yuǎn)的電源可設(shè)為無窮大電源(取額定電壓)。距離短路點較近的大中型 異步電動機(jī),必須計及短路后倒送短路電流,作為電源看待。Ch41 .各個電網(wǎng)元件的正、負(fù)、零序阻抗旋轉(zhuǎn)元件(發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、調(diào)相機(jī)): X¥X(2)豐X(0) 靜止磁耦合元件(輸電線、變壓器)X (1) = X

13、(2) X(0)靜止無磁耦合元件(電抗器、電容器): X=X(2) =X(0)2 .變壓器的零序漏抗與正序、負(fù)序漏抗相等,而零序激磁電抗與變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。零序等效電 路與外電路的連接有關(guān),與變壓器三相繞組連接形式及中性點是否接地有關(guān)。架空線路是靜止元件,它的 正序電抗等于負(fù)序電抗。由于三相架空線路中,各相零序電流大小相等、相位相同,各相間互感磁通相互 加強(qiáng),故零序電抗要大于正序電抗。3 .對稱分量法:在三相對稱網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)局部不對稱情況時,分析其三相不對稱電氣量時,將三相不對稱量 分解變換為三組對稱對稱分量(正序、零序、負(fù)序)。對稱分量法實質(zhì)是疊加法,只適用于線性系統(tǒng)中。4 .對稱分量

14、法求解步驟:畫出各個序網(wǎng);求出各序網(wǎng)對故障點的等值阻抗; 列出邊界條件或采用復(fù)合序網(wǎng)求得基準(zhǔn)相”的3個序電壓和序電流; 求得各相電壓和電流。復(fù)合序網(wǎng):正、負(fù)、零三序網(wǎng)絡(luò)根據(jù)由各序電壓電流分量表示的邊界條件連接后形成的網(wǎng)絡(luò)。5 .單回架空輸電線各序阻抗比較:由于三相零序電流同相位和大小,另外二相的互感使每相等值電感增大 (即增磁作用),故單回線路的零序電抗一般為正序電抗3倍左右。雙回架空輸電線:雙回線路之間的互感對零序電流有助磁作用,使得其零序阻抗增大。有架空地線時的零序阻抗:架空地線對線路是去磁作用,使得線路零序阻抗減小6 .零序網(wǎng)的繪制方法:按故障點來畫出零序電源,即在故障點加零序電壓, 查

15、明零序電流可以流過的通路作為畫出零序網(wǎng)的依據(jù),來作出零序網(wǎng)絡(luò)。Ch51 .不對稱故障短路的電流、電壓比較:故障處電流、電壓比較一覽表短路短路電流 (if)倍數(shù))非故障相電壓 (Uf倍數(shù))備注f(l)k0: 0 T 1 T 8L5 T 1 T 0k。: 0 T 1 T GO0.866 1 1 t 百ZE(1) = ZS(2) 電壓忽略rf(2)0,8660.5f(l-l)Vi t 1 t0 > 1 -> 1.5忽略r記憶:阻抗增大,短路電流減小,電壓升高;數(shù)值對稱性。2 .正序等效定則:簡單不對稱短路的短路點電流正序分量,與在短路點每相中加入附加阻抗后,在附加阻抗后發(fā)生三相短路時的電

16、流是等效的,且短路電流的絕對值與其正序分量的絕對值成正比。正序增廣網(wǎng)絡(luò):簡單不對稱短路 時,在短路點后每相串接附加阻抗后形成的網(wǎng)絡(luò)。3 .用運算曲線求取不對稱短路故障處正序短路電流原理:應(yīng)用正序等效定則,在短路點處每相加入附加阻抗,然后運用運算曲線法可求得附件阻抗后三相短路的任意時刻t時的短路電流即不對稱短路的短路點電流的正序電流。4 .電網(wǎng)內(nèi)各序電壓的變化規(guī)律:正序電壓:從電源點到短路點正序電壓逐漸降低,由于故障處正序電流越大,正序電壓損耗就大,按正 序電壓降低按嚴(yán)重程度從高到低分別為:三相短路二相短路接地二相短路單相接地。負(fù)序電壓:從短路點到電源點負(fù)序電壓逐漸降低,在發(fā)電機(jī)中性點上負(fù)序電壓降到零,且有二相短路的 故障點的負(fù)序電壓最大。零序電壓:從短路點開始到變壓器,其零序電壓逐漸降低,在變壓器側(cè)零序電壓降到0。5 .非全相運行:電力系統(tǒng)中一相

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