电力系统分析第六章-新.

《电力系统分析第六章-新.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统分析第六章-新.（69页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电力系统分析 第六章 电力系统对称故障的分析和计算 6.4 同步发电机突然三相短路电流分析 6.5 三相短路电流的实用计算 6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 6.1 概述 第六章 电力系统对称故障的分析和计算 6.1 概述 引言： 一般指短路故障（横向故障）和断路故障（纵向故障），可 分为简单故障和复杂故障。 简单故障：电力系统中的单一故障； 复杂故障：同时发生两个或两个以上故障。 一、短路故障概述 短路：指一切不正常的相与相之间或相与地之间（对于 中性点接地的系统）发生通路的情况。 三相短路： 两相接地短路： 两相短路： 单相接地短路： 6.1

2、 概述 1、短路类型 对称短路 不对称短路 电力系统运行经验证明，各种短路发生的机率不同，其中单 相接地占65，两相短路占10，两相接地故障占20，三 相短路占5；尽管三相短路三相短路发生的机会最少，但其产生的 后果却是最严重的，同时又是分析不对称故障的理论基础是分析不对称故障的理论基础。 f (3) f (1.1) f (2) f (1) 6.1 概述 3、短路的危害： 1）电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可能使设 备过热甚至损坏；由于短路电流的电动力效应，导体间还将 产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏； 2）电压大幅度下降，对用户影响很大； 3）当短路发生地点离电源不远而

3、持续时间又较长时，并列运行 的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，造成大面 积停电，这是短路最严重的后果； 4）发生不对称短路时，三相不平衡电流会在相邻的通讯线路感 应出电动势，影响通讯。 2、短路的主要原因： 电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏 。 6.1 概述 4、限制短路电流的措施： 继电保护装置、断路器、自动重合闸 5、计算短路电流的目的： 短路电流计算结果 是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆 等）的依据； 是电力系统继电保护设计和整定的基础； 是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据， 根据它可以确定限制短路电流的措施。 6.1 概述 二、无限大功

4、率电源供电的三相短路电流分析 理解：1）电源功率为无限大时，外电路发生短路引起的 功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压 和频率保持恒定（对应于同步电机的转速）； 2）无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功 率电源并联而成，因而其内阻抗为零。 往往是以供电电源的内阻抗与短路回路总阻抗的相对大 小来判断电源能否作为无限大功率电源；若供电电源的若供电电源的 内阻抗小于短路回路总阻抗内阻抗小于短路回路总阻抗10%10%时时，则可认为供电电源为 无限大功率电源。 1、无限大功率电源（又称恒定电势源）：是指端电压幅值和 频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。 6.1 概述 2、三相暂态过程分析

5、： 其中： 短路发生前，电路处于稳态： 三相短路故障是 对称故障，因此 只分析其中一相 （a相）即可。 6.1 概述 假定假定t t0s0s时发生三相短路时发生三相短路，短路暂态过程的分析与计算只针 对左边有电源的回路，电路仍对称； 求解可得： 其中： a相短路电流瞬时值满足： 周期分量（稳态分量） 非周期分量（暂态分量 ） 6.1 概述 短路瞬间，短路电流不突变： 根据三相线路的对称性： 6.1 概述 3、a相短路电流波形分析讨论： 6.1 概述 由上图及公式可见： a. 短路前后周期分量均为对称电流；短路至新的稳态时，ia 的暂态分量iaa衰减为0，即三相中的稳态短路电流为三个 幅值相等、

6、相角相差120的交流电流，其幅值大小取决于 电源电压幅值和短路回路的总阻抗。 b. 从短路发生至稳态之间的暂态过程中，每相电流还包含有 逐渐衰减的直流电流（非周期分量），它们出现的物理原 因是电感中电流在突然短路瞬时的前后不能突变，即 Iaa0=Ipa0；很明显，三相的直流电流是不相等的。 6.1 概述 c. 三相短路电流波形由于有了直流分量（暂态分量），短路 电流曲线便不与时间轴对称，而直流分量曲线本身就是短 c. 路电流曲线的对称轴。因此，当已知一短路电流曲线时， d. 可以应用这个性质把直流分量从短路电流曲线中分离出来 ， 即将短路电流曲线的两根包络线间的垂直线等分。 d. 非周期分量起

7、始值与短路时刻的和短路前的稳态运行电流 有关；直流分量起始值Iaa0越大，短路电流瞬时值越大；三 相中直流电流起始值不可能同时最大或同时为零。 6.1 概述 4、短路电流关系相量图：在时间轴上的投影代表各量的瞬时值 当短路发生在电感电路中、短路前为空载（Im0 = 0）的情况下 非周期分量电流起始值最大；若初始相角满足|90，则 其中一相短路电流的直流分量起始值的绝对值达到最大值，即 等于稳态短路电流的幅值Im。 6.1 概述 在一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，可近似 认为=90；因此，非周期电流有最大值的条件为：短路前 电路空载，并且短路发生时，电源电势过零（0）。 短路冲击电流

8、主要用于校验电气设备和载流导体的电动 力稳定度。 5、短路冲击电流和最大有效值电流： 短路冲击电流：指短路电流最大可能的瞬时值，用iM表示， 也即短路故障发生在空载，|90时的短路电流最大 瞬时值，约在T/2处出现。 6.1 概述 6.1 概述 短路电流有效值：任意时刻t的短路电流有效值，是指以 时刻t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值 ； 最大有效值电流：也出现在短路后半个周期处； 短路电流的最大有效值常用于校验电气设备的断流能力。 6.1 概述 1、电力系统短路的类型有哪些？什么是横向故障？什么是 纵向故障？ 2、无限大容量电源的含义是什么？无限大容量电源供电系 统发生对称三相短路周期分

9、量是否衰减？ 3、什么是冲击电流?什么是冲击系数？ 4、什么是无限大容量电源供电系统短路电流最大有效值？ 如何计算？ 1、同步发电机的6个绕组： 有阻尼绕组的凸极式发电机 定子：有静止的三相绕组abc ， 通过该三相绕组与外电 路连接，向系统供电； 转子：有与转子一起旋转的一 个励磁绕组 f、d 轴等效阻尼绕组 D 和 q 轴等效阻 尼绕组Q 。 隐极式同步发电机，没有两个阻尼绕组。 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 一、同步发电机绕组等效电路 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 说明：在 f 绕组中施加直流励磁电流从而形成幅值不变但随转 子旋转的磁场，而两阻尼绕组 D、Q 是无源绕

10、组，只对发电机 的暂态性能有影响。 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 2、正方向的规定： (1) 绕组轴线的正方向作为 磁链的正方向； (2) 定子绕组产生的磁链方 向与轴线方向相反时的 电流为正值； (3) 转子绕组产生的磁链方 向与轴线方向相同时的 电流为正值。 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 3、同步发电机绕组等效电路及原始方程： 绕 组 等 效 电 路 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 绕 组 等 效 电 路 原始方程 电压方程 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 原始方程 磁链方程 绕 组 等 效 电 路 磁链方程简写形式： 6.2 同步发电机的基本方程和等值

11、电路 二、同步发电机稳态运行参数及数学模型 稳态运行参数：定子电阻、电抗及其物理意义； 数学模型：空载电势、电压及电流的关系，等值电路和相量图。 1、Park变换 ： 同步电机稳态对称运行时，电枢磁 势幅值不变，转速恒定，相对于转 子静止。它可以用一个以同步转速 旋转的矢量 来表示；如果定子电 流用一个同步旋转的通用相量 表 示，那么， 与 在任何时刻都同 相位，而且在数值上成比例，如图所示 ： 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 两种不同的投影之间的关系： 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 设 在abc三相坐标系投 影即为发电机三相对称电压、 电流，可用随转子旋转的旋转综合相量表示

12、，即： 通过这种变换，将三相电流 ia、ib、ic 变换成了等效的 两相电流 id 和 iq。 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 2、稳态运行参数Xd和Xq： 其中：Xad直轴电枢反应电抗；Xaq交轴电枢反应 电抗；X电枢（定子）绕组的漏电抗。 将 id和 iq这两个电流设想是定子的两个等效绕组dd和qq中 的电流；这组等效的定子绕组dd和qq不像实际的a、b、c 三相绕组那样在空间静止不动，而是随着转子一起旋转。 直轴同步电抗Xd和交轴同步电抗Xq是表征稳态运行时电枢 漏磁和直轴或交轴电枢反应的综合参数： 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 Xd和Xq的物理意义： Xd是将转子绕组

13、开路，定子三相施加三相对称电流并使其产 生的定子合成磁通势产生单纯 d 轴磁场时，任意一相定子绕 组的电抗；Xq则是定子合成磁通势产生单纯q 轴磁场时，任 意一相定子绕组的电抗。 3、同步发电机电势方程和等值电路及其相量图： 发电机电动势是三相感应电动势，其幅值与励磁电流 If 成正 比；励磁电流 If 产生的磁通在 d 轴上，其感应电动势应超前 其90，即在q轴上；因此，发电机电动势只有 q 轴分量，也 称空载电动势Eq； 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 隐极发电机（XdXq） 或 相量图 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 凸极发电机（XdXq）： 不 计 定 子 等 效 电

14、阻 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 相量图及空载电势的求解： 先计算EQ，并确定其相位；再计算电压、电流的两个 轴向分量；最后计算空载电势Eq。 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 补充例题： 已知同步发电机有如下参数： 在额定运行时： 试计算额定运行下的 及电压、 电流交直轴分量。 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 解： 取发电机端电压为参考，则 即功角=22.3； 则电压电流交直轴分量： 先确定虚构电动势： 6.2 同步发电机的基本方程和等值电路 空载电动势大小为： 6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程 引言同步发电机稳态运行和突然短路暂态的特点 对称稳态运行时，电枢

15、磁势电枢磁势的大小不随时间而变化，在空 间以同步速度旋转，它同转子没有相对运动同转子没有相对运动，因此不会在不会在 转子绕组中感应电流转子绕组中感应电流； 突然短路时，定子电流在数值上发生急剧变化，电枢反应电枢反应 磁通磁通也随着变化，并在转子绕组中感应电流在转子绕组中感应电流，这种电流又 反过来影响定子电流的变化，这种定子和转子绕组电流的定子和转子绕组电流的 互相影响互相影响就是突然短路暂态过程的特点。 6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程 同步发电机暂态电抗Xd、Xq：无阻尼绕组时，对应短 路瞬间定子磁通在d、q轴方向的等效电抗。 电抗与磁通的路径有关- 磁阻大的电抗小，磁阻小的电抗大

16、。 一、同步发电机的暂态过程和暂态参数 1、同步发电机暂态电抗 Xd、Xq和暂态电势 Eq a. 同步发电机稳态运行时的磁通情况和电抗等效电路； b. 同步发电机短路瞬间的磁通情况和电抗等效电路； 6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程 a. 同步发电机稳态运行时的磁通情况 ： 直轴电枢反应磁通 在稳态时将穿过空气隙和转子铁心 匝链转子绕组； 磁路大部分为铁心，磁阻较小，则 比较大。 q 轴上不考虑阻尼绕组 Q时只有相对静止的假想定子绕组 qq； 则定子交轴同步电抗： 6.3 同步发电机突然三相短路的物理过程 采用dq变换后，d轴上不考虑阻尼绕组D时只有相对静止的假 想定子绕组dd和转子励磁绕组f，如同变压器的两个绕组：正 常稳态运行时， 走转子铁心，相当于转子绕组开路。 定子直轴同步