電力系統(tǒng)分析8

1、內(nèi)容回顧 同步發(fā)電機(jī)的基本方程（電壓方程、磁鏈方程） a、b、c坐標(biāo)系統(tǒng) d、q、0坐標(biāo)系統(tǒng) 變系數(shù)的微分方程 常系數(shù)的微分方程 同步發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 分析了電壓與電流之間的關(guān)系 電力系統(tǒng)暫態(tài)分析的基礎(chǔ)派克變換第8章 電力系統(tǒng)三相短路的暫態(tài)過程8.1 短路的基本概念8.2 無限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析8.3 無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析8.4 計(jì)及阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然三相短路分析8.5 強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)同步電機(jī)三相短路的影響有限容量電源本章重點(diǎn) 8.1 短路的基本概念 ZZZZZZ發(fā)電機(jī)用電設(shè)備 1、短路的概念：短路是指電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的

2、連接。三相短路：symmetrical three-phase fault f(3)兩相短路：line-to-line fault f(2)2、短路的類型8.1短路的基本概念 兩相短路接地 :double line-to-ground fault f(1,1)單相接地短路：single line to ground fault f(1)各種短路故障發(fā)生的概率三相短路4兩相短路5兩相短路接地8單相接地83 三相故障發(fā)生的概率小，但是最為嚴(yán)重，對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行影響最大。8.1短路的基本概念各種元件發(fā)生短路的概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果：110kV 線路78.0600kW 以上發(fā)電機(jī)7.5110kV 變壓器6.

3、5110kV 母線8.0 架空輸電線是電力系統(tǒng)中比較薄弱環(huán)節(jié)，發(fā)生短路的幾率最高。8.1短路的基本概念4、短路的后果產(chǎn)生大電流 ，造成低電壓；對(duì)通信線路的干擾干擾以至于破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 8.1短路的基本概念oUt23121短路的后果舉例2003年8月14日美國(guó)大停電美國(guó)東部，時(shí)間2003年8月14日16:11開始（北京時(shí)間8月15日晨4:11），美國(guó)東北部和加拿大東部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電事故 紐約: 交通癱瘓、公路堵塞、人困在電梯和隧道里、冒酷熱步行回家停電影響 美國(guó)： 俄亥俄州、密歇根州、紐約州、 馬薩諸塞州、康涅狄克州、新澤西州、 賓夕法尼亞州、佛蒙特州（8個(gè)州） 加拿大：安大略省、

4、魁北克?。?個(gè)?。?.1短路的基本概念2003年8月14日美國(guó)大停電損失負(fù)荷：6180萬千瓦5000萬居民失去電力供應(yīng)恢復(fù)需幾天時(shí)間 -8月14日19：30 恢復(fù)134萬千瓦 - 8月14日23：00 恢復(fù)2130萬千瓦 - 8月15日11：00 恢復(fù)4860萬千瓦美國(guó)切機(jī)20多臺(tái)（含9臺(tái)核電機(jī)組） 美加共計(jì)切機(jī)百余臺(tái)美經(jīng)濟(jì)學(xué)家估計(jì)：美損失：300億美元/天8.1短路的基本概念停電前后衛(wèi)星拍到的美國(guó)上空照片8.1短路的基本概念5、限制短路電流的措施線路上裝設(shè)電抗器采用繼電保護(hù)裝置，迅速作用于切除故障設(shè)備，保證無故障部分的安全運(yùn)行。架空線路普遍采用自動(dòng)重合閘裝置8.1短路的基本概念6、短路計(jì)算的

5、目的選擇電氣設(shè)備（斷路器、互感器等）繼電保護(hù)的配置和整定電氣主接線方案的比較和選擇 8.1短路的基本概念電力系統(tǒng)的短路故障也稱為橫向故障，因?yàn)樗窍嚅g或相對(duì)地的故障一相或兩相斷線的情況，為斷線故障，也稱縱向故障8.1短路的基本概念8.1短路的基本概念知識(shí)的拓展： 特高壓電網(wǎng)的絕緣與絕緣配合你想知道嗎？8.2 無限大功率電源供電系統(tǒng)的三相短路分析8.2.1 無限大功率電源8.2.2 暫態(tài)過程分析8.2.3 短路電流及短路功率的計(jì)算特點(diǎn)：電源的頻率和電壓保持恒定電源的內(nèi)阻抗為零 8.2.1 無限大功率電源 無限大功率電源是相對(duì)概念8.2.2 暫態(tài)過程分析假設(shè)在t=0s時(shí)，系統(tǒng) 點(diǎn)發(fā)生三相短路8.2

6、.2 暫 態(tài) 過 程 分 析短路后回路滿足以下方程齊次微分方程的通解=非齊次微分方程的解非齊次微分方程的特解+8.2.2 暫 態(tài) 過 程 分 析A值的確定代入通解得到：由于電感電流不能突變，因此有：8.2.2 暫 態(tài) 過 程 分 析 所以不衰減！ 衰減！穩(wěn)態(tài)分量交流分量周期分量強(qiáng)制分量暫態(tài)分量直流分量非周期分量自由分量8.2.2 暫 態(tài) 過 程 分 析短路全電流為： 8.2.2 暫 態(tài) 過 程 分 析8.2.2 暫 態(tài) 過 程 分 析1、短路沖擊電流最大可能的短路電流瞬時(shí)值稱為短路沖擊電流，以iim表示。8.2.3 短路沖擊電流及短路功率的計(jì)算直流分量最大值的條件 o o 03 0.2 901

7、 = = qj M(0)I短路沖擊電流ot周期分量非周期分量8.2.3 短路沖擊電流及短路功率的計(jì)算 短路沖擊電流 沖擊電流主要 用于檢驗(yàn)電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體的動(dòng)穩(wěn)定性8.2.3 短路沖擊電流及短路功率的計(jì)算沖擊電流：otT/2iim2、短路全電流有效值在三相短路的暫態(tài)過程中，任一時(shí)刻t的短路電流有效值 ，是指以時(shí)刻t為中心的一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)電流的均方根值。8.2.3 短路沖擊電流及短路功率的計(jì)算 短路全電流有效值 = 短路全電流的最大有效值也是發(fā)生在短路后半個(gè)周期，其值為： 短路全電流有效值用來校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定性8.2.3 短路沖擊電流及短路功率的計(jì)算3、短路功率 短路功率也稱短路容量，等于短路

8、電流有效值與短路點(diǎn)處的正常工作電壓（一般用平均額定壓)的乘積用標(biāo)么值表示 在短路電流的實(shí)用計(jì)算中，常用短路周期分量電流的初始有效值來計(jì)算短路功率。8.2.3 短路沖擊電流及短路功率的計(jì)算t時(shí)刻的短路功率: 短路功率主要用于校驗(yàn)開關(guān)的切斷能力8.3 無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然 三相短路的分析8.3.1 無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的物理分析8.3.2 無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算8.3.1 無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然 三相短路的分析假設(shè)短路前發(fā)電機(jī)處于空載狀態(tài)定子各繞組磁鏈8.3.1 無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的分析假設(shè)t=0時(shí)刻發(fā)電機(jī)端發(fā)生三相短路，此時(shí) 在短路前后瞬間，磁鏈不能突

9、變短路后瞬間定子各相繞組的磁鏈短路后,由勵(lì)磁電流產(chǎn)生并交鏈到定子繞組的磁鏈為保證短路前后磁鏈初值不變,定子三相繞組產(chǎn)生電流恒定分量交變分量發(fā)電機(jī)三相短路的暫態(tài)過程中，定子繞組電流中含有非周期分量、基頻分量及倍頻分量電流勵(lì)磁繞組中感應(yīng)出直流分量與基頻交流分量電流8.3.1 無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)突然三相短路的分析8.3.2 無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算同步電機(jī)電壓與磁鏈方程發(fā)電機(jī)突然三相短路，空載電勢(shì)發(fā)生突變1、暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)與暫態(tài)電抗 無阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，忽略定子繞組電阻，發(fā)電機(jī)電壓方程的相量形式為 不能用來求解短路電流8.3.2 無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算8.3.2 無

10、阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算交軸暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)8.3.2 無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算2. 不計(jì)各繞組電阻時(shí)的三相短路電流a相電流 勵(lì)磁繞組的電流 8.3.2 無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算3. 計(jì)及各繞組電阻時(shí)的三相短路電流（1）定子電流非周期分量和倍頻分量（2）定子電流周期分量的衰減8.3.2 無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算8.3.2 無阻尼繞組同步電機(jī)三相短路電流計(jì)算例8.1 已知同步電機(jī)的參數(shù) ， ， ，如例題7.2，補(bǔ)充 。試求電勢(shì) 。解：例題7.2算得 =1.578， =0.85。由相量圖8.4可得：電勢(shì)相量和機(jī)端電壓相量間的相位差 8.4 計(jì)及阻尼繞組的同步電機(jī)突然

11、三相短路分析8.4.1 次暫態(tài)電勢(shì)與次暫態(tài)電抗8.4.2 不計(jì)各繞組電阻時(shí)的三相短路電流8.4.3 計(jì)及各繞組電阻時(shí)的三相短路電流1. 交軸次暫態(tài)電勢(shì)與直軸次暫態(tài)電抗2. 直軸次暫態(tài)電勢(shì)及交軸次暫態(tài)電抗有阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)的相量圖8.4.1 次暫態(tài)電勢(shì)與次暫態(tài)電抗8.4.2 不計(jì)各繞組電阻時(shí)的三相短路電流忽略定子及轉(zhuǎn)子各繞組電阻即 定子各相電流中包含有三種分量：基頻電流分量、非周期電流分量和倍頻電流分量，與無阻尼繞組電機(jī)相似，同樣滿足前面的理論分析。 1.定子電流非周期分量和倍頻分量的衰減2.定子交軸基頻電流的衰減3.定子直軸基頻電流的衰減8.4.3 計(jì)及各繞組電阻時(shí)的三相短路電流同步發(fā)電機(jī)發(fā)

12、生三相突然短路的暫態(tài)過程： （1）同步發(fā)電機(jī)在三相突然短路后，短路電流中含有基頻交流分量、直流分量和倍頻交流分量。 （2）基頻交流分量初始值很大，由次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和次暫態(tài)電抗或暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)和暫態(tài)電抗決定。 （3）基頻交流分量的衰減規(guī)律與轉(zhuǎn)子繞組中的直流分量衰減規(guī)律一致。經(jīng)暫態(tài)過程后，短路達(dá)到穩(wěn)態(tài)。8.4.3 計(jì)及各繞組電阻時(shí)的三相短路電流8.5 強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)同步電機(jī)三相短路的影響 強(qiáng)行勵(lì)磁裝置動(dòng)作時(shí)，勵(lì)磁電壓的上升規(guī)律可以近似看作由初值按指數(shù)規(guī)律上升。 在強(qiáng)行勵(lì)磁裝置的作用下，定子電流將得到相應(yīng)的增量，屬于定子電流的強(qiáng)制分量，而且在不計(jì)定子回路電阻時(shí)，可以視為基頻電流的一項(xiàng)縱軸分量。 強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)的變

13、化曲線三相短路時(shí)，在強(qiáng)勵(lì)裝置的作用下，電勢(shì) 增加，發(fā)電機(jī)的端電壓將逐漸恢復(fù)。若機(jī)端電壓恢復(fù)到額定值，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置即將該電壓維持在額定值。此時(shí)勵(lì)磁電流、空載電勢(shì)及定子電流的強(qiáng)勵(lì)增量按照保持機(jī)端電壓為額定值這一條件而變化。如果短路點(diǎn)距離發(fā)電機(jī)很近，短路電流很大，在暫態(tài)過程中，強(qiáng)勵(lì)的作用始終不能克服短路電流的去磁作用，機(jī)端電壓則不能恢復(fù)到額定值。8.5 強(qiáng)行勵(lì)磁對(duì)同步電機(jī)三相短路的影響介紹了電力系統(tǒng)短路的基本概念，提出了短路的危害以及短路計(jì)算的目的。分析了無限大功率電源三相短路的暫態(tài)過程及短路電流、短路功率的計(jì)算。同步發(fā)電機(jī)在三相突然短路后，短路電流中含有基頻交流分量、直流分量和倍頻交流分量?；l交流分量的衰減規(guī)