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1、电力系统故障分析学习包（作业答案全部要求手写，直接打印平时成绩无效）第一篇 电力系统电磁暂态过程分析第一章 电力系统故障分析的基本知识一、故障概述故障，事故，短路故障：正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接。1故障类型（电力系统故障分析中） 名称 图示 符号 三相短路 f（3） f ：fault 二相短路 f（2） 单相短路接地 f（1） 二相短路接地 f（1。1） 形式上又可称为短路故障、断线故障（非全相运行）分析方法上：不对称故障、对称故障（f（3）计算方法上：并联型故障、串联性故障简单故障：在电力系统中只发生一个故障。复杂故障：在电力系统中的不同地点（两处以上）同时发生不对称故障
2、。二、标幺制（一）、标幺值(P.U.)有名值基准值 标幺值= （二）、 基准值的选取 基准值的选取有一定的随意性，工程中一般选择惯用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN）三相电路中基准值的基本关系 稳态分析：， 其中：SB：三相功率 UB：线电压 IB：星形等值电路中的相电流 ZB：单相阻抗 短路分析中：ZB：单相阻抗-故障分析中的等值电路计算与稳态分析相同 IB：星形等值电路中的相电流 UB：相电压？（三）、基准值改变时标幺值的计算 额定容量SN小，则电抗x*（B）大，小机组、小变压器的电抗大； 简单网络计算中，选取SB=STN（SN），可减少参数的计算量。（四）、变压器
3、联系的不同电压等级电网中元件参数标幺值的计算1、准确计算法IIIIII 10.5/121110/6.6 选定SB、UB1 UB2=UB1*121/10.5 UB3=UB2*6.6/110作等值电路： jxG* jxT1 jxL jxT2 jxR 取基准电压=额定电压，可简化计算 变压器电抗可由任一侧计算 线路电抗就地处理更方便即，准确计算法有3种， 阻抗归算法； （阻抗按变压器实际变比归算，简单网络较方便） 就地处理法； （基准电压按变压器实际变比归算，大网络计算较方便） 在就地处理中，取定各段的基准电压（不一定按变压器实际变比作基准电压归算），则可出现1：k*的理想变压器，然后再将1：k*变
4、压器用形等值电路表示。2、 近似计算法 平均额定电压Uav=1.05UN, 若取SB=100MVA，UB=UavUN61035110220500Uav6.310.537115230550ZBIB 成为工程中惯用的基准值。 假定变压器的变比均为平均额定电压的变比，且取各段基准电压均为相应段的平均额定电压，此时的参数计算称为近似计算法，即有以下简单计算容量大，电抗小 电压越高，电抗越小（电抗与电压的平方成反比）3、 f、t的基准值fB=fN=50Hz (f*=1)B=2fB=100特点：当f=fN=50Hz时，可有x*=L*=I*x*E*=*sint=sint*三、无限大功率电源供电的三相短路分析
5、1、 暂态过程分析 本书中的一些下标说明：|0| ：故障前瞬间，相当“电路”中的0-0 ：故障后瞬间，相当“电路”中的0+p或：周期分量（period）、：频率为的分量 ：非周期分量m ：模值（mode）M ：最大值 （maximum） ：稳态值 （t）2、三相电源对称（模相同、相位差120），三相电路对称（每相阻抗Z=R+jL）,发生三相短路。 称为对称短路。 对称短路可仅取一相分析，其他两相有模相同、相位差120的结果。ua=Umsin(t+) 单相等值电路：iaR LR L短路前：短路发生：一阶线性非齐次微分方程 其解=特解+齐次方程的通解 周期分量：ipa 非周期分量：ia tipa
6、ipa0 在起点（t=0+）时刻即 结论：由，短路电流由周期分量和非周期分量组成，较大的周期分量是因电源电势作用于较小的回路阻抗而产生，非周期分量是回路电感中原储存的磁场能量释放而产生，其按回路的时间常数衰减，且，状态突然变化瞬间，电感中合成磁链不突变。负载下突然短路，初始状态的相量图 ua ipa0 ia|0| 空载下突然短路： ua ipa0= -ia0 3、短路冲击电流和最大有效值电流（1）短路冲击电流短路冲击电流：在最恶劣短路情况下的短路电流的最大瞬时值。i对于G、T、L：xR，iM最恶劣的情况为：Im|0|=0,=0ia0即空载运行，电压过零瞬间冲击电流iM出现在短路发生后1/2周期
7、，f=50Hz, t=0.01s，即有T/2t ip0 冲击系数，冲击电流对周期电流幅值的倍数（1kM2） 实用中，kM=1.8 对变压器高压侧短路； kM=1.9 对机端短路。（2）最大有效值电流 有效值 最大有效值电流：短路后半个周期时，设该时刻前后一个周期内非周期分量近似不变的电流。根据谐波的有效值分析，因ip、正交，周期积分=0，l iM、IM可根据Im（I）及kM计算，1kM2，且实用中kM=1.8或kM=1.9;l iM用于动稳定校验，IM用于热稳定校验。复习题一、填空题1、 电力系统运行中，多数发生的是（短路故障）。2、 短路是指（相与相）之间或（相与地）之间的连接。3、产生短路
8、的主要原因是电气设备载流部分的（相间绝缘）或（相对地绝缘）被破坏。4、短路点距发电机的电气距离越近短路电流（越大）。5、不对称接地短路所引起的不平衡电流将产生（不平衡磁通）造成对通信的影响。二、简答题电流分布系数与转移电抗的定义及相互关系 答：电流分布系数Ci=Ii/Ik，转移电抗Zik=Ei/Ik。相互关系Zik=Zk/Ci。三、计算题1、已知以设备本身额定值为基准值的标幺值，求以系统基准值SB、UB为基准时的标幺值 2、某电力系统在K点发生三相短路，系统的标幺值等值电路已作出(图一),求电流分布系数和电源E1、E2 、E3对短路点的转移阻抗。解：1、I1 =U0/ （x1+x2/ x3）=
9、166.7A，I2 =x3/(x2+x3) I1=111.1A，I2 =220/121 I2=202A，I3 =x2/(x2+x3) I1=55.6A，I3 =220/311 I3=624A， 第二章 同步发电机突然三相短路分析一、同步发电机突然三相短路的物理过程及短路电流近似分析（一）、空载情况下三相短路电流波形实测短路电流波形分析 短路电流包络线中心偏离时间轴，说明短路电流中含有衰减的非周期分量； 交流分量的幅值是衰减的，说明电势或阻抗是变化的。 励磁回路电流也含有衰减的交流分量和非周期分量，说明定子短路过程中有一个复杂的电枢反应过程。（二）、 定子短路电流和转子回路短路电流 1理想电机
10、azbcacyxb ax、by、cz为定子三相绕组 ff为励磁绕组 转子铁心中的涡流（隐极机）或闭合短路环（凸极机）为阻尼绕组2基本物理概念 转子以0的转速旋转，主磁通0交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通如式（2-2） 在t=0（短路时刻）瞬间，各绕组的磁链初值为： 由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值3、定子短路电流分析（1）t=0（短路后），主磁通0继续交链定子绕组，则定子回路中须感应电流以产生磁链a I，使磁链守恒， 图示为a ia|0|a0-a0（2）a i 是定子绕组中感应电流所产生的磁链，其中心轴偏离时间轴，则定子电流中包含基频交流i和直流分量i。（3）三相绕组中的直流分量合成为一个空间静止的磁场27018090cxbazy 是空间静止的 当转子纵轴与重合时，气隙最小，则电感系数L大，需小； 当转子纵轴与垂直时，气隙最大，则电感系数L小，需大； 由于磁阻的变化周期是180，所以非周期分量包
