同步发电机的基本方程市公开课一等奖百校联赛特等奖课件

内容回顾同时发电机基本方程（电压方程、磁链方程）

a、b、c坐标系统

d、q、0坐标系统

变系数微分方程

常系数微分方程

同时发电机稳态运行

分析了电压与电流之间关系

电力系统暂态分析基础派克变换第1页第2章电力系统三相短路暂态过程2.1短路基本概念2.2无限大功率电源供电系统三相短路分析2.3无阻尼绕组同时发电机突然三相短路分析2.4计及阻尼绕组同时发电机突然三相短路分析2.5强行励磁对同时电机三相短路影响有限容量电源本章重点第2页

2.1短路基本概念

ƒZZ'ZZ'ZZ'发电机用电设备

1、短路概念：短路是指电力系统正常运行情况以外相与相之间或相与地（或中性线）之间连接。第3页三相短路：symmetricalthree-phasefaultf(3)两相短路：line-to-linefaultf(2)2、短路类型8.1短路基本概念

两相短路接地:doubleline-to-groundfault

f(1,1)单相接地短路：singlelinetogroundfaultf(1)第4页各种短路故障发生概率三相短路4％两相短路5％两相短路接地8％单相接地83％三相故障发生概率小，不过最为严重，对系统安全稳定运行影响最大。8.1短路基本概念

第5页各种元件发生短路概率统计结果：110kV线路78.0％600kW以上发电机7.5％110kV变压器6.5％110kV母线8.0％架空输电线是电力系统中比较微弱步骤，发生短路几率最高。8.1短路基本概念

第6页3、短路原因

电气设备载流部分绝缘损坏（最主要原因）自然原因：风、覆冰、雪、雷电、雾、鸟害人为原因：运行人员误操作（未拆地线合闸、带负荷拉隔离刀闸等）8.1短路基本概念

第7页4、短路后果产生大电流造成低电压干扰以至于破坏系统稳定运行对通信线路干扰8.1短路基本概念

oUt23ƒ1ƒ21第8页短路后果举例8月14日－美国大停电美国东部，时间8月14日16:11开始（北京时间8月15日晨4:11），美国东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故纽约:交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和隧道里、冒酷热步行回家停电影响美国：俄亥俄州、密歇根州、纽约州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州）加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）8.1短路基本概念第9页8月14日－美国大停电•损失负荷：6180万千瓦•5000万居民失去电力供给•恢复需几天时间-8月14日19：30恢复134万千瓦-8月14日23：00恢复2130万千瓦-8月15日11：00恢复4860万千瓦•美国切机20多台（含9台核电机组）美加共计切机百余台•美经济学家预计：美损失：300亿美元/天8.1短路基本概念第10页停电前后卫星拍到美国上空照片8.1短路基本概念第11页5、限制短路电流办法线路上装设电抗器采取继电保护装置，快速作用于切除故障设备，确保无故障部分安全运行。架空线路普遍采取自动重合闸装置8.1短路基本概念

第12页6、短路计算目标选择电气设备（断路器、互感器等）继电保护配置和整定电气主接线方案比较和选择8.1短路基本概念第13页电力系统短路故障也称为横向故障，因为它是相间或相对地故障一相或两相断线情况，为断线故障，也称纵向故障8.1短路基本概念

第14页8.1短路基本概念知识拓展：

特高压电网绝缘与绝缘配合你想知道吗？第15页8.2无限大功率电源供电系统三相短路分析8.2.1无限大功率电源8.2.2暂态过程分析8.2.3短路电流及短路功率计算第16页特点：电源频率和电压保持恒定电源内阻抗为零

8.2.1无限大功率电源

无限大功率电源是相对概念第17页8.2.2暂态过程分析第18页假设在t=0s时，系统点发生三相短路8.2.2暂态过程分析第19页短路后回路满足以下方程

齐次微分方程通解=非齐次微分方程解非齐次微分方程特解+8.2.2暂态过程分析8.2.2暂态过程分析第20页A值确定代入通解得到：因为电感电流不能突变，所以有：8.2.2暂态过程分析第21页所以不衰减！衰减！稳态分量交流分量周期分量强制分量暂态分量直流分量非周期分量自由分量8.2.2暂态过程分析第22页短路全电流为：

8.2.2暂态过程分析第23页8.2.2暂态过程分析第24页1、短路冲击电流最大可能短路电流瞬时值称为短路冲击电流，以iim表示。8.2.3短路冲击电流及短路功率计算直流分量最大值条件第25页短路冲击电流ot周期分量非周期分量8.2.3短路冲击电流及短路功率计算第26页短路冲击电流

冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体动稳定性8.2.3短路冲击电流及短路功率计算冲击电流：otT/2iim第27页2、短路全电流有效值在三相短路暂态过程中，任一时刻t短路电流有效值，是指以时刻t为中心一个周期内瞬时电流均方根值。8.2.3短路冲击电流及短路功率计算第28页短路全电流有效值=

短路全电流最大有效值也是发生在短路后半个周期，其值为：

短路全电流有效值用来校验设备热稳定性8.2.3短路冲击电流及短路功率计算第29页3、短路功率

短路功率也称短路容量，等于短路电流有效值与短路点处正常工作电压（普通用平均额定压)乘积用标么值表示

在短路电流实用计算中，惯用短路周期分量电流初始有效值来计算短路功率。8.2.3短路冲击电流及短路功率计算t时刻短路功率:短路功率主要用于校验开关切断能力第30页8.3无阻尼绕组同时发电机突然

三相短路分析8.3.1无阻尼绕组同时发电机突然三相短路物理分析8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算第31页8.3.1无阻尼绕组同时发电机突然三相短路分析假设短路前发电机处于空载状态第32页定子各绕组磁链8.3.1无阻尼绕组同时发电机突然三相短路分析第33页假设t=0时刻发电机端发生三相短路，此时在短路前后瞬间，磁链不能突变短路后瞬间定子各相绕组磁链短路后,由励磁电流产生并交链到定子绕组磁链第34页为确保短路前后磁链初值不变,定子三相绕组产生电流恒定分量交变分量第35页发电机三相短路暂态过程中，定子绕组电流中含有非周期分量、基频分量及倍频分量电流励磁绕组中感应出直流分量与基频交流分量电流8.3.1无阻尼绕组同时发电机突然三相短路分析第36页8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算同时电机电压与磁链方程第37页发电机突然三相短路，空载电势发生突变1、暂态电动势与暂态电抗无阻尼绕组同时发电机正常稳态运行，忽略定子绕组电阻，发电机电压方程相量形式为不能用来求解短路电流8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算第38页8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算交轴暂态电动势第39页8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算第40页2.不计各绕组电阻时三相短路电流a相电流

励磁绕组电流

8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算第41页3.计及各绕组电阻时三相短路电流（1）定子电流非周期分量和倍频分量（2）定子电流周期分量衰减8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算第42页8.3.2无阻尼绕组同时电机三相短路电流计算第43页例8.1已知同时电机参数，，，如例题7.2，补充。试求电势。解：例题7.2算得=1.578，=0.85。由相量图8.4可得：电势相量和机端电压相量间相位差

第44页8.4计及阻尼绕组同时电机

突然三相短路分析8.4.1次暂态电势与次暂态电抗8.4.2不计各绕组电阻时三相短路电流8.4.3计及各绕组电阻时三相短路电流第45页1.交轴次暂态电势与直轴次暂态电抗2.直轴次暂态电势及交轴次暂态电抗有阻尼绕组同时发电机相量图8.4.1次暂态电势与次暂态电抗第46页8.4.2不计各绕组电阻时三相短路电流忽略定子及转子各绕组电阻即定子各相电流中包含有三种分量：基频电流分量、非周期电流分量和倍频电流分量，与无阻尼绕组电机相同，一样满足前面理论分析。

第47页1.定子电流非周期分量和倍频分量衰减2.定子交轴基频电流衰减3.定子直轴基频电流衰减8.4.3计及各绕组电阻时三相短路电流第48页同时发电机发生三相突然短路暂态过程：（1）同时发电机在三相突然短路后，短路电流中含有基频交流分量、直流分量和倍频交流分量。（2）基频交流分量初始值很大，由次暂态电动势和次暂态电抗或暂态电动势和暂态电抗决定。（3）基频交流分量衰减规律与转子绕组中直流分量衰减规律一致。经暂态过程后，短路到达稳态。8.4.3计及各绕组电阻时三相短路电流第49页8.5强行励磁对同时电机三相短路影响强行励磁装置动作时，励磁电压上升规律能够近似看作由初值按指数规律上升。

在强行励磁装置作用下，定子电流将得到对应增量，属于定子电流强制分量，而且在不计定子回路电阻时，能够视为基频电流一项纵轴分量。强行励磁时改变曲线第50页三相短路时，在强励装置作用下，电势增加，发电机端电压将逐步恢复。若机端电压恢复到额定值，自动调整励磁装置即将该电压维持在额定值。此时励磁电流、空载电势及定子电流强励增量按照保持机端电压为额定值这一条件而改变。假如短路点距离发电机很近，短路电流很大，在暂态过程中，强励作用一直不能克服短路电流去磁作用，机端电压则不能恢复到额定值。8.5强行励磁对同时电机三相短路影响第51页介绍了电力系统短路基本概念，提出了短路危害以及短路计算目标。分析了无限大功率电源三相短路暂态过程及短路电流、短路功率