2017年电力系统暂态分析作业课件

1、1、电力系统的故障有那些类型？短路的主要危害有那些？电力系统的故障分为短路故障 （横向故障）和断线故障两大类。短路故障又包括三相短路、 两相短路、两相短路接地和单相接地短路；断线故障包括一相断线和两相断线两种。短路的主要危害有：短路时短路点电弧的高温将使故障设备烧坏；短路电流的热效应 将使故障设备和非故障设备绝缘加速老化，影响电器设备的使用寿命甚至将设备烧坏；短路 时电压的大幅度下降，将使电气设备不能正常工作；设置造成电力系统“电压崩溃”；不对 称短路时，出现的负序电流分量将引起旋转电机转子的附加发热；接地短路时的零序电流将 对输电线路附近的通讯线路产生干扰。2、什么叫无限大功率电源？在什么情

2、况下可以将实际的有限功率电源作为无限大功率电 源来处理？答：电压和频率保持恒定的电源称为无限大功率电源。（因为当电源的功率无限大时，任何干 扰（包括短路故障）引起的有功功率波动相对于电源的无限大功率而言都可忽略不计，所以电 源的频率不因干扰而波动；又由于无限大功率电源可以看作由无限个有限功率电源并联而成， 由于有限功率电源的内阻抗是有限的根据戴维南定理，无限大功率电源的内阻抗为无限个有限 功率电源的内阻抗的并联值，显然为零，当电源的内阻抗为零时，该电源为恒压源，所以电压 保持不变）。实际工作中，当实际电源内阻抗在短路回路总阻抗中所占比例小于10%时，该电源就可以视为无限大功率电源。（因为电源内

3、阻抗小，短路时电源端电压变化不大，可视为不变，即该 电源可视为无限大功率电源）。3、无限大功率电源供电情况下突然发生三相短路时，短路电流中含有那些电流分量？在下图所示的系统中发生三相短路时，若短路发生时a相电压的初相角为 a=300,请写出短路电流的表达式。并指出在G为何值时发生短路 A相短路电流非周期分量起始值最大。无限大功率电源供电情况下突然发生三相短路时，短路电流包含有（幅值不变的）周期和（从短路瞬间的数值逐渐衰减到零的）非周期两种电流分量。短路电流的表达式为：fu 262570 =84J29fl式 中： F 即2；=3204)JM3+4O528 6/=1-423（0也，+20?二工二0

4、32 油 314x2?在他为任意值时，A相短路电流非周期分量的起始值为U例视媪（一蝇一历氏内），它是G的函数。由黑叫q53铲圆电一小id,即a相非周期分量起始值取得最大值的条件为短路发生时a相电压的相位 a = 6404、凸极同步发电机机端突然发生三相短路时，定子绕组电流中包含有那些电流分量？从维持磁 链不变的角度看，各电流分量的作用是什么？答：定子绕组中电流中包含有基频周期分量、非周期分量和倍频周期分量。其中基频周期分量用其电枢反应磁链抵消转子旋转时转子励磁电流在定子绕组中产生的角变磁链；非周期分量和 倍频周期分量在定子绕组中产生一大小等于定子绕组短路前瞬间的磁链，以维持短路前后磁链 不变（

5、守恒）。5、指出发电机直轴同步电抗 Id、直轴暂态电抗 力、直轴次暂态电抗 的大小关系？并 说明为什么？ 答：o因为与直轴同步电抗 工d对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过的磁 路的磁阻最小，而与直轴次暂态电抗 匕对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过的磁路 的磁阻最大，所以有 工d46、已知同步发电机发电机直轴同步电抗玉二11、直轴暂态电抗 工;二工、交轴同步电抗外 TX,短路前发电机端电压%=L0、cos=0.8 （滞后），求短路电流 基频交流分量的初始有效值和稳态有效值， 解：短路电流基频交流分量的起始有效值短路电流基频分量稳态有效值7、在同步发电机原始磁链方程中，对于凸极机那些电

6、感系数为常数？那些电感系数是变化的？ 变化的原因是什么？对于隐极机又有那些电感系数为常数？那些电感系数是变化的？答：同步发电机原始磁链方程中，对于凸极机转子绕组的自感系数和转子绕组之间的互感系数 是常数；定子绕组的自感系数、定子绕组之间的互感系数以及定子绕组和转子绕组之间的互感 系数均是变化的，变化的原因有二，一是凸极机d轴和q轴方向的磁路的磁阻不相等，二是转子是转动的。对于隐极机定子绕组的自感系数、定子绕组之间互感系数、转子绕组的自感系 数、转子绕组之间互感系数都是常数，只有定子绕组与转子绕组之间的互感系数是变化的，变 化的原因是转子转动时，定子绕组和转子绕组之间存在相对位置的改变。（8、9

7、、10 题略）作业（二）1、Park变换是一种等效变换，其等效体现在何处？Park变换的规律是什么？2、发电机的参数和正常运行时以发电机额定值为基准的端电压、端电流标幺值以及功率 因数如下图所示，若发电机的励磁电压不变，试计算发电机机端短路时短路电流周期分量起始 有效值和稳态有效值的有名值。3、用近似计算法计算下图所示网络中f点发生三相短路时，短路点的短路电流周期分量起始有效值和各发电机所提供的短路电流周期分量起始有效值，以及短路点和发电机支路的短路 冲击电流和最大有效值电流。4、用单位电流法计算下图所示网络中各电源与短路点之间的转移阻抗。（图中各元件参数为标幺值）作业（二）参考答案参考答案：

8、思考题：1、凸极式同步发电机原始磁链方程中，那些电感系数为常数？那些电感系数是变化的？ 变化的原因是什么？答：凸极式同步发电机原始磁链方程中转子绕组的自感系数和转子各绕组之间的互感系数 是常数；定子绕组的自感系数、定子绕组之间的互感系数以及定子绕组和转子绕组之间互感系 数都是变化的。定子绕组的自感系数、定子绕组之间的互感系数变化的原因是转子转动时，定 子绕组的自感磁通和互感磁通所经过的磁路的磁阻随着转子的转动而变化。定子绕组和转子绕 组之间互感系数变化的原因是转子转动时，定子绕组和转子绕组之间的相对位置随着转子的转 动而周期性改变。2、凸极同步发电机机端突然发生三相短路时，定子绕组电流中包含有

9、那些电流分量？从 维持磁链不变的角度看，各电流分量的作用是什么？答：定子绕组中电流中包含有基频周期分量、非周期分量和倍频周期分量。其中基频周期 分量用其电枢反应磁链抵消转子旋转时转子励磁电流在定子绕组中产生的角变磁链；非周期分 量和倍频周期分量在定子绕组中产生一大小等于定子绕组短路前瞬间的磁链，以维持短路前后 磁链不变（守恒）。3、指出发电机直轴同步电抗4、直轴暂态电抗 匕、直轴次暂态电抗 X的大小关系？并说明为什么？答: MX O因为与直轴同步电抗 对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过 的磁路的磁阻最小，而与直轴次暂态电抗 片对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过的 磁路的磁阻最大，所

10、以有1dH。4、Park变换是一种等效变换，其等效体现在何处？Park变换的规律是什么？答：Park变换的等效体现在变换前后它们所产生的发电机气隙合成磁场不变。Park变换的规律是定子绕组中的非零序电气分量变换为d、q中电气量，并且其中的周期分量变换为d、q绕组中非周期分量，其中的非周期分量变换为d、q绕组中的周期分量；定子绕组中的零序性电气分量变换为 0轴绕组中的电气量，其中的周期分量变换为0绕组中非周期分量，其中的非周期分量变换为 0绕组中的周期分量。5、发电机的参数和正常运行时以发电机额定值为基准的端电压、端电流标幺值以及功率 因数如下图所示，若发电机的励磁电压不变，试计算发电机机端短路

11、时短路电流周期分量起始 有效值和稳态有效值的有名值。解：Sn = =125Mi. q =:取发电机额定电压和额定容量作为基准值，即0 8，则电流的基准值为1乂10 5短路前发电机的空载电动势和次暂态电动势的标幺值分别为：=172二 LIBI二%+福血血)，(如耳皿闻)“=jQ+l*tt2xO媛+Q*Q2xO? ?稳态短路电流有效值的标幺值和短路电流周期分量起始有效值的标幺值分别为：Af*= ?稳态短路电流有效值和短路电流周期分量起始有效值的有名值分别为：6、用近似计算法计算下图所示网络中f点发生三相短路时，短路点的短路电流周期分量起始有效值和各发电机所提供的短路电流周期分量起始有效值，以及短路

12、点和发电机支路的短路 冲击电流和最大有效值电流。解：? 1、计算各元件的电抗标幺值取Sb=1哑倒,则有：垢=力妇=0105均二组X电=00525顶 100111、A 上、1斗 K作业2-2-1计算短路电流周期分量起始有效值的等值电路如下图所示：取51 = 240MtiA,仇=220灯,则发电机电压等级的的电压基准值为U购二13皿作业2-3-1已知：=0167%二3002 UGj=0.85, 4=9 = 2%/=0JM9、匕=4Zu =1 17Gli 二1 cos 苑= 0J85?求：E* JG*分别用L Lr r计算短路电流交流分量 、1d ；计算稳态短路电流解：取与一 .圆,085MH? ?

13、算审的等值电路与相量图作业（三）1、对称分量法能否应用于分析非线性电力系统的不对称短路？为什么？答：对称分量法不能用于分析非线性电力系统的不对称短路。因为对称分量法实际上是迭加原 理的应用，而迭加原理只能用于线性电路的分析，所以对称分量法不能用于非线性电力系统不 对称短路的分析计算。2、变压器中性点经消弧线圈接地时，其电抗是否会出现在正序和负序等值电路中？为什么？会 否出现在零序等值电路中？为什么？答：中性点电抗不会出现在正序和负序等值电路中，因为在正序（负序）情况下三相电流平衡,中性点所接消弧线圈中无电流流过，即中性点与大地等电位，相当于将中性点与大地之间用无 阻抗导线相连接。?中性点所接消

14、弧线圈的阻抗将以三倍的形式出现在零序等值电路中，因为在零序请情况下，中性点所接消弧线圈中为三相零序电流的公共通道，中性点对地电压为/A3、试指出采用同型号导线、同样布置方式的架空输电线路，在无架空地线、有铁磁导体架空地 线（钢绞线）、有良导体架空地线三种情况下线路零序电抗的大小关系。答：无架空地线时零序电抗最大，有良导体架空电线时的零序电抗最小。因为三相输电线路通 过零序电流时，架空地线与大地共同作为三相零序电流的公共回路，其电流方向与输电线路 中电流的方向相反，其在导线一大地回路中产生的互感磁通对导线一大地回路的零序磁场起 去磁作用，所以具有架空电线的输电线路的零序电抗小于无架空地线的输电线

15、路；另外架空 地线的导电性能越好，通过架空地线的电流越大，去磁作用越强，所以有良导体架空地线的 输电线路的零序电抗最小。4、在什么情况下可以将变压器的零序励磁电抗视为无限大？答：在壳式变压器和三相变压器组情况下，变压器的零序励磁电抗可以视为无限大，因为在 在这两种变压器中，零序励磁主磁通通过铁芯形成闭合磁路，其磁路的磁阻很小，根据磁阻 与电抗的关系可知励磁电抗很大，所以近似计算中可以视为无穷大。?在三相变压器有三角形接线绕组时，其零序励磁电抗可以视为无穷大，因为在变压器的 零序等值电路中，三角形接线绕组相当于短路绕组，其漏抗与变压器的零序励磁电抗并联， 不管变压器铁芯采用什么形式总有励磁电抗远

16、远大于三角形接线绕组的漏抗，所以变压器的 零序励磁电抗可以视为无限大。5、同杆双回架空输电线路的零序电抗为什么大于单回架空输电线路的零序电抗？答：由于同杆双回输电线路流过零序电流时，一回路的三相在另一回路中的任一相一大地回路 中产生的互感磁通对该回路的零序磁通起助磁作用，所以双回输电线路的零序电抗大于单回 输电线路的零序电抗。6、已知电力系统的接线方式如下：作f点发生单相接地短路时的复合序网，并计算其参数（岛*豫*so）? 1、绘制三序等值电路2、计算各元件参数标幺值（取$尸1期附 %=%） i）变压器的各序参数a - j -%-0105=00525- lcrrn - U1UD W 100 s

17、nTICQ = JC =何)二 1 的、期=IT2flJ)二= 0的2)发电机的各序参数穆1)扁 10、二阿1)酮2)=工3）线路的各序参数4妫“卬）=3吃、工地二依I）= 03呢 111cjj =Xm）=0J513 七11m 二乃 x(H51=0329万如)=3_5肛期=3_5xOJO2=1.057n犯)=3_5%)=35 xQ3(B=L057 111m =3、计算U取入江氏r *so由于不计负荷影响并认为各发电机的电动势相等且同相位，所以正常情况下，系统中无电流流通，系统各点电压等于发电机的电动势，即为二1；由正序等值电路可得X二Q3Q35 ；由负序等值电路可得益=03035 ；由零序等值

18、电路可得岛=0.0494、单相短路时的复合序网如下：7、已知电力系统的接线如下：画出f点发生接地短路时的零序等值电路。解：根据上图先作零序电流分布图，根据零序电流分布图即可作出零序等值电路如下:作业（4）参考答案1、对称分量法能否应用于分析非线性电力系统的不对称短路？为什么？答：对称分量法不能用于分析非线性电力系统的的不对称短路。因为对称分量法实际上是 把不对称短路时的电压、电流分解为正序分量、负序分量和零序分量，然后利用各序分量的相 互独立性和叠加原理分别进行计算，然后再合成得到不对称短路时的各相电流和电压。即不对 称分量法的理论基础之一是叠加原理，而叠加原理只适用于线性电路，所以不能用对称

19、分量法 分析非线性电力系统的不对称短路。2、应用对称分量法分析不对称短路时必须选择基本相，什么叫基本相？基本相如何选择？答：用对称分量法分析计算不对称短路时，以那一相的序分量电压、电流作为未知数列方 程或作复合序网进行分析就算，那一相就是分析计算的基本相。通常选择特殊相作为分析计算 的基本相。3、电力系统发生不对称短路时，哪点的负序电压最高？哪点的正序电压最高？为什么？答：电力系统发生不对称短路时，故障点的负序电压、零序电压最高。因为发电机无负序 电动势和零序电动势，不对称短路时，故障处三相电压不对称分解出的负序电压和零序电压是 电力系统产生负序电流和零序电流的唯一原因，所以故障处的负序电压和

20、零序电压最高。4、电力系统运行规程规定：当电力系统采用中性点直接接地运行方式时，如果变电站或发电厂 中有多台变压器并联运行，则任何情况下都只将一台变压器的中性点接地，其他变压器不接 地。这样规定的目的是什么？（从系统运行方式变化对零序电流的分布和对零序电流大小的影响方面进行论述）答：这样规定的目的是为了减小系统运行方式变化对零序电流分布和零序电流大小的影 响。因为零序电流的分布仅取决于中性点接地的变压器的数量和位置，只要保持中性点接地的 变压器的数量和位置不变，零序电流的分布就不变。此外零序电流的大小在单相接地短路时为 / J（O）=.次幻+入0 ;两相短路接地时为*鼠*口+2 ，当运行方式改

21、变时,如果中性点接地的变压器的数量和位置不改变，则保持不变，零序电流只随正序等值阻抗的变化而变化，变化幅度较小。5、中性点不接地系统发生两相接地短路与发生两相短路时故障处短路电流的关系式如何？答：中性点不接地系统发生两相短路接地（金属性）与发生两相短路（金属性）流过故障呼=向二里加处的短路电流的大小相等。因为两相短路时，2 X口，两相短路接地时,1 + 2Ko为1，中性点不接地时&二叫 2 o6、理论上讲电力系统的三相短路电流是否总大于其他各种类型短路时的短路电流？如果不是， 那为什么一般情况下把三相短路电流作为电气设备选择校验的依据？答：理论上讲电力系统的三相短路电流并不是总大于其他各种类型

22、短路时的短路电流，例如在 岛（*门的情况下，单相接地短路电流和两相短路接地时的短路电流就大于三相短路 电流。实际工作中之所以一般情况下把三相短路电流作为电气设备选择校验的依据是因为实际 的电力系统中一般都有 鸟2灯 ,而在这种情况下三相短路电流最大。7、利用对称分量法分析 T/A-11接线变压器星形侧发生BC两相短路时，三角形侧各相电流的大小和相位，并作相量图。（变压器的变比为1:1）解：? 1、两相短路时的复合序网如下：2、作两侧电流相量图如下：3、三角形侧各相电流的大小和相位?由相量图可以看到，如以星形侧a相电压作参考相量，则三角形侧各相电流为：?q % /刈，jji = -2/j = -

23、2/p其大小分别为:?/=%=5=5）=送=；货”孙广U加可）作业（5）参考答案1、什么叫电力系统的暂态稳定性和静态稳定性？分析电力系统暂态稳定性的方法各是什 么？答：电力系统的静态稳定性指正常运行的电力系统在受到小干扰作用，当干扰消失后，不发生 自发性振荡和非周期性失步，自动恢复到原来运行点稳定运行的能力。能则称系统在原来运行 点的运行是静态稳定的；否则在原来运行点的运行静态不稳定。电力系统的暂态稳定性指正常运行的电力系统受到大干扰作用，在干扰消失或不消失情况 下，电力系统保持同步运行的能力。能保持同步运行则称系统暂态稳定，否则暂态不稳定。电力系统静态稳定性的分析方法是小干扰法；电力系统暂态

24、稳定性的分析方法是分段计算 法和改进欧拉法等非线性微分方程的数值解法。2、已知电力系统状态方程的特征方程为：此系统是静态稳定的还是不稳定的？如果不稳定将以什么方式失去稳定？答：?根据特征方程做劳斯阵列如下：1? 3? 104? 81? 103210?根据劳斯判据可知，特征方程有一对实部为正的共知复根，当系统受到小干扰作用时， 将周期性地失去稳定。3、电力系统并列运行静态稳定性、异步电动机运行的静态稳定性以及电力系统电压静态 稳定性的实用判据是什么？答：经01）电力系统并列运行静态稳定性的实用判据为：dS 稳定，否则不稳定。2）异步电动机运行静态稳定性的实用判据为：dS 稳定，否则不稳定。侬-Q

25、0 /工V3）?电力系统电压静态稳定性的实用判据是：dU稳定，否则不稳定4、提高电力系统并列运行静态稳定性的措施有那些？答：提高电力系统并列运行静态稳定性的根本措施是缩短“电气距离”，具体的措施有：? ?1）采用分裂导线2）线路串联电力电容器；4）采用先进的励磁调节装置；5）提高输电线路的电压等级；6）改善系统结构和选择适当的系统运行方式；等。5、简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是什么？ 答：简单电力系统同步发电机并列运行暂态稳定的条件是受扰运动中加速面积小于最大减速面 积。6、提高电力系统并列运行暂态稳定性的措施有那些？答：电力系统暂态稳定的条件是受扰运动过程中，加速面积小于最大

26、减速面积，所以提高电力 系统暂态稳定性的措施就是设法减小加速面积或增大最大减速面积。具体措施有：快速切除 故障（它可以减小加速面积，增大最大减速面积）；输电线路采用重合闸（在重合成功的情 况下，可以增大最大减速面积）；电气制动（减小加速面积）；中性点接地系统中变压器 中性点经小电阻接地（减小加速面积）；快速关闭汽门（由于调速装置惯性作用以及汽容比 影响，这种方法主要是增大最大减速面积）；水轮发电机切机（主要是减小加速面积，增大 最大减速面积）；发电机装设强行励磁装置（提高故障情况下的功率极限，减小加速面积）此外当系统失去同步时，还可以采取系统解列、同步发电机异步运行和再同步的措施来使系统 尽快

27、恢复同步运行。7、以下图所示简单电力系统f点发生三相短路为例，作图说明快速切除故障对电力系统并列运行暂态稳定性的影响。（假定发电机空载电动势4保持不变）答：根据发电机正常运行、故障切除后的等值电路和事故情况下的正序等值电路，可得正常运 行、故障时以及故障切除后的发电机功角特性曲线分别如下图Pi、Pii、Piii所示。图1为故障切除速度较慢的情况，图2为故障切除速度较快的情况，显然故障切除速度快时，加速面积减小，而最大减速面积增大，根据电力系统并列运行暂态稳定性的条件可知，快 速切除故障有利于提高电力系统并列运行的暂态稳定性。8、在上图所示的电力系统中，已知以发电机额定容量为基准的各元件的电抗和系统电压 标幺值为：假定发电机为隐极机，且空载电动势计算正常运行和切除一回线路后的静态稳定储备系数？并说明其是否符合要求。解：? 1、根据正常运行状态计算发电机的空载电动势将?？ 0二产*妍=0_6、u=i.0、*二处+%力+/2+芯2二”5代入上式得：2、计算正常运行时的静态稳定储备系数0 = ?心 2.55皿变乌x*59.40.8（1520）满足要求。3、计算切除一回线路时的静态稳定储备系数生士皿任Tx100 = 45J0.8（io）满足要求。9、计算