電力系統(tǒng)習題課2

電力系統(tǒng)習題課

電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性

的基本概念

電力系統(tǒng)穩(wěn)定

電壓穩(wěn)定

頻率穩(wěn)定

功角穩(wěn)定

靜態(tài)穩(wěn)定（小干擾穩(wěn)定）

暫態(tài)穩(wěn)定

動態(tài)穩(wěn)定

機電暫態(tài)過程暫態(tài)穩(wěn)定性：指系統(tǒng)受到大擾動后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的穩(wěn)定運行方式或恢復(fù)到原來穩(wěn)定運行方式的能力。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性引起電力系統(tǒng)大擾動的主要原因1、負荷的突然變化2、切除或投入系統(tǒng)的主要元件3、電力系統(tǒng)的短路故障三相短路引起的擾動最大，如果系統(tǒng)能夠經(jīng)受住三相短路的擾動，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性就不成問題；但是以三相短路作為暫態(tài)穩(wěn)定的條件很不經(jīng)濟，目前我國以不對稱短路作為研究基礎(chǔ)。暫態(tài)穩(wěn)定分析計算的基本假設(shè)1.電力系統(tǒng)機電暫態(tài)過程特點2.基本假設(shè)(1)忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量和與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的周期分量.(2)發(fā)生不對稱故障時,不計零序和負序電流對轉(zhuǎn)子運動的影響.(3)忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機的附加損耗(4)不考慮頻率變化對系統(tǒng)參數(shù)的影響(5)發(fā)電機采用E′恒定的簡化模型(不考慮發(fā)電機調(diào)速器的作用）發(fā)電機電磁功率急劇變化大擾動發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)不平很轉(zhuǎn)矩功角變化簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析1.三種運行情況下的功率特性1.三種運行情況下的功率特性

1）正常運行情況1.三種運行情況下的功率特性

2）短路情況1.三種運行情況下的功率特性3）短路切除后情況1.三種運行情況下的功率特性一般:XI<XIII<XII三、等面積定則和極限切除角轉(zhuǎn)子由δ0到δc運動時過剩轉(zhuǎn)矩所作的功為用標么值計算時，因發(fā)電機轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速不大，ω≈1，于是此面積稱為加速面積，為轉(zhuǎn)子動能的增量。三、等面積定則和極限切除角轉(zhuǎn)子由δc到δmax運動時過剩轉(zhuǎn)矩所作的功為此面積稱為減速面積，為動能增量的負值，轉(zhuǎn)子動能減少，轉(zhuǎn)速下降。三、等面積定則和極限切除角轉(zhuǎn)子由δc到δmax運動時過剩轉(zhuǎn)矩所作的功為此面積稱為減速面積，為動能增量的負值，轉(zhuǎn)子動能減少，轉(zhuǎn)速下降。三、等面積定則和極限切除角等面積定則：功角達到δmax時，加速過程中轉(zhuǎn)子動能的增量在加速過程中全部耗盡，轉(zhuǎn)速恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速，即加速面積等于減速面積，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定。｜面積abcea｜=｜面積edfge｜根據(jù)等面積定則可求得轉(zhuǎn)子的最大搖擺角δmax三、等面積定則和極限切除角最小搖擺角δmin三、等面積定則和極限切除角穩(wěn)定條件：當切除角δc一定時，有一個最大可能的減速面積dfs′e，若此面積大于加速面積，則系統(tǒng)能夠保持暫態(tài)穩(wěn)定，否則系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。三、等面積定則和極限切除角極限切除角：加速面積等于最大可能的減速面積時的切除角。三、等面積定則和極限切除角極限切除時間：與極限切除角對應(yīng)的切除時間。通過求解轉(zhuǎn)子運動方程可得到與極限切除角對應(yīng)的極限切除時間五、提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施1.快速切除故障，2、自動重合閘3、發(fā)電機強行勵磁4、快速關(guān)閉汽門5、電氣制動6、變壓器中性點經(jīng)小阻抗接地7、采用單元接線方式8、連鎖切機和切除部分負荷9、系統(tǒng)解列10、異步運行和再同步變壓器的并聯(lián)運行

并聯(lián)運行定義：

將兩臺或者兩臺以上的變壓器一、二次側(cè)分別接在各自的公共母線上，同時對負載供電的運行方式。

一、變壓器并聯(lián)運行的條件并聯(lián)運行優(yōu)點：(1)提高供電可靠性；(2)提高運行效率；(3)減少備用容量，便于擴容。

并聯(lián)運行的理想情況

(1)空載時，各臺變壓器一、二次繞組回路中沒有環(huán)流；

(2)負載時，各臺變壓器的負載系數(shù)相等，即各變壓器的負載分配與各自的額定容量成正比；

(3)負載時，各變壓器的負載電流同相位，這樣在總負載電流一定時，各變壓器分擔的電流值最小。并聯(lián)運行的理想條件

(1)變比相同；

(2)連結(jié)組的組號相同；

(3)各臺變壓器的短路阻抗標么值（或阻抗電壓）相等；且短路阻抗角相等（即各變壓器輸出電流同相位）。

變比不等時的并聯(lián)運行假定兩臺變壓器并聯(lián)運行，（2）、（3）滿足，（1）不滿足，且K1<K2空載時，電壓差：環(huán)流：兩變壓器折算到二次側(cè)的短路阻抗負載后，各自的負載電流：變比小的第一臺變壓器電流大，滿載；變比大的第二臺變壓器電流小，欠載。結(jié)論：

變壓器變比不等并聯(lián)運行時，會出現(xiàn)環(huán)流。不僅要增加額外的銅損，也使變壓器的容量得不到充分利用。為此，需要限制環(huán)流。通常要求空載環(huán)流不超過額定電流的10%，一般應(yīng)使不應(yīng)大于1%X100%結(jié)論：

變壓器變比不等并聯(lián)運行時，會出現(xiàn)環(huán)流。不僅要增加額外的銅損，也使變壓器的容量得不到充分利用。為此，需要限制環(huán)流。通常要求空載環(huán)流不超過額定電流的10%，一般應(yīng)使不應(yīng)大于1%X100%

連接組別對并聯(lián)運行的影響變比相等，連接組別不同，則二次側(cè)的電壓大小相等，但相位不同。

以最小相位差的兩變壓器Y，y0和Y，d11為例：電壓差：

這樣大的電壓差產(chǎn)生的環(huán)流將超過額定電流的許多倍。組別差得多，電壓差越大，環(huán)流更大，會將變壓器燒毀。結(jié)論：連接組不同的變壓器絕對不允許并聯(lián)運行。短路阻抗的標幺值不等時變壓器的并聯(lián)運行變壓器理想并聯(lián)條件（1）、（2）滿足，（3）不滿足，即短路阻抗標么值不等。并聯(lián)運行時簡值等效電路結(jié)論：短路阻抗標么值不相等的變壓器并聯(lián)運行時，短路阻抗標么值小的變壓器先達到滿載。

變壓器并聯(lián)運行由于短路阻抗標么值不相等而將導(dǎo)致負載分配不均。短路阻抗標么值愈小，負載系數(shù)愈大，愈容易過載。

為了使變壓器容量得到充分利用，要求各臺變壓器的短路阻抗標么值差別不要太大。

在運行規(guī)程中規(guī)定最大容量與最小容量之比不應(yīng)超過3∶1。結(jié)論：變壓器相間短路后備保護及過負荷保護變壓器相間短路的后備保護可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復(fù)合電壓起動的過電流保護或負序電流保護等。過電流保護

保護的起動電流按躲過變壓器的最大負荷電流整定

3、變壓器的最大負荷電流的確定

（1）對并聯(lián)運行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺變壓器后的負荷電流。當各臺變壓器的容量相同時，可按下式計算：（2）對降壓變壓器，應(yīng)考慮負荷中電動機自起動時的最大電流。保護的靈敏系數(shù)按下式校驗：

要求：作為近后備保護，取變壓器低壓側(cè)母線為校驗點，要求Ksen=1.5～2.0；作為遠后備保護，取相鄰線路末端為校驗點，要求Ksen≥1.2。

5、保護的動作時限

應(yīng)比相鄰元件保護的最大動作時限大一個階梯時限△t。低電壓啟動的過電流保護保護的啟動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器，只要當電流元件和電壓元件同時動作后，才能起動時間繼電器經(jīng)預(yù)定時間后，起動出口中間繼電器動作與跳閘。

（1）電流元件的起動電流按躲過變壓器的額定電流整定（2）低電壓元件的起動電壓應(yīng)小于正常運行時最低工作電壓，同時，外部故障切除后，電動機起動的過程中，它必須返回。根據(jù)運行經(jīng)驗，通常用4、靈敏系數(shù)校驗

（1）電流元件的靈敏系數(shù)校驗

與過電流的校驗相同

（2）電壓元件的靈敏系數(shù)按下式校驗：復(fù)合電壓啟動的過電流保護保護由三部分組成：

電流元件、電壓元件（含負序電壓繼電器KVN和低電壓繼電器KV）、時間元件。

裝置動作情況如下：

（1）當發(fā)生不對稱短路時，故障相電流繼電器動作，同時負序電壓繼電器動作，其動斷觸點斷開，致使低電壓繼電器KV失壓，動斷觸點閉合，起動閉鎖中間繼電器KM。相電流繼電器通過KM常開觸點起動時間繼電器KT，經(jīng)整定延時起動信號和出口繼電器，將變壓器兩側(cè)斷路器斷開。

（2）當發(fā)生對稱短路時，由于短路初始瞬間也會出現(xiàn)短時的負序電壓，KVN也會動作，使KV失去電壓。當負序電壓消失后，KVN返回，動斷觸點閉合，此時加于KV線圈上的電壓已是對稱短路時的低電壓，只要該電壓小于低電壓繼電器的返回電壓KV不致于返回，而且KV的返回電壓是其起動電壓的Kre（大于1）倍，因此，電壓元件的靈敏度可提高Kre倍。復(fù)合電壓啟動的過流保護在對稱短路和不對稱短路時都有較高的靈敏度。

負序電壓繼電器的起動電壓按躲開正常運行情況下負序電壓濾過器輸出的最大不平衡電壓整定。根據(jù)運行經(jīng)驗，取復(fù)合電壓啟動的過電流保護的優(yōu)點：

(1)由于負序電壓繼電器的整定值較小，因此對于不對稱短路，其靈敏系數(shù)較高。

(2)對于對稱短路，電壓元件的靈敏性可提高1.15～1.2倍。

(3)由于保護反應(yīng)負序電壓，因此對于變壓器后的不對稱短路，與變壓器的接線方式無關(guān)。負序過電流保護2、保護裝置組成

由電流繼電器和負序電流濾過器Z以及一套低電壓啟動的過電流保護組成。

3、負序電流保護的起動電流按以下條件選擇。

(1)躲開變壓器正常運行時負序電流濾過器出口的最大不平衡電流，其值一般為(0.1～0.2)IN.T

(2)躲開線路一相斷線時引起的負序電流。

(3)與相鄰元件上的負序電流保護在靈敏度上配合。33．關(guān)于同步發(fā)電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)，下面正確的是（A）A．所有同步發(fā)電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)都是隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動周期性變化的B．隱極式同步發(fā)電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)是常數(shù)C．凸極式同步發(fā)電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)是常數(shù)D．所有同步發(fā)電機定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)都是常數(shù)答案提示：1.定子各相繞組的自感和定子繞組之間的互感