电力系统暂态分析第一章

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1、2022-9-261Exit教学方式：教学方式：课堂教学为主，网络答疑为辅；课堂教学为主，网络答疑为辅；QQ群：群：216047254。作业要求：作业要求：每周三上课之前交上一周布置的作业。课后作每周三上课之前交上一周布置的作业。课后作业请及时完成。业请及时完成。考核安排：考核安排：考试课，平时成绩占考试课，平时成绩占30%，期末考试成绩占，期末考试成绩占70%。平时成绩主要根据作业完成情况、参与课堂讨论情。平时成绩主要根据作业完成情况、参与课堂讨论情况，及课堂点名抽查情况等来定。况，及课堂点名抽查情况等来定。注意：注意：出勤率低于出勤率低于30%者不能参加期末成绩评定，雷同作者不能参加期末成

2、绩评定，雷同作业、抄袭作业者当次作业按零分计算。业、抄袭作业者当次作业按零分计算。2 2Exit 暂态：暂态：一种运行状态到另一种运行状态的过一种运行状态到另一种运行状态的过渡过程渡过程 暂态过程分三类：暂态过程分三类：波过程：持续时间最短暂波过程：持续时间最短暂 电磁暂态：持续时间较波过程长电磁暂态：持续时间较波过程长 机电暂态：持续时间最长机电暂态：持续时间最长暂态暂态稳态稳态稳态（新）稳态（新）3 3Exit）电磁暂态过程分析）电磁暂态过程分析 常量常量 研究短路、断线故障后，电压、电流的变化研究短路、断线故障后，电压、电流的变化 电力系统故障分析电力系统故障分析）机电暂态过程分析）机电

3、暂态过程分析 、s变化变化 分析发电机组转子运动规律分析发电机组转子运动规律 电力系统的稳定性电力系统的稳定性4 4Exit第一章第一章 电力系统故障分析的基本知识电力系统故障分析的基本知识第二章第二章 同步发电机突然三相短路分析同步发电机突然三相短路分析第三章第三章 电力系统三相短路电流的实用计算电力系统三相短路电流的实用计算第四章第四章 对称分量法及电力系统元件的各序参数和对称分量法及电力系统元件的各序参数和 等值电路等值电路第五章第五章 不对称故障的分析计算不对称故障的分析计算 5 5Exit第一节第一节 故障概述故障概述 第二节第二节 标幺制标幺制第三节第三节 无限大功率电源供电的三相

4、短路电流分析无限大功率电源供电的三相短路电流分析 小结小结6 6Exit 故障：故障：一般指短路一般指短路(横向故障横向故障)和断线和断线(非全相非全相运行、纵向故障运行、纵向故障),),分为简单故障和复杂故障分为简单故障和复杂故障 简单故障简单故障：电力系统中的单一故障：电力系统中的单一故障 复杂故障复杂故障：同时发生两个或两个以上故障：同时发生两个或两个以上故障 短路短路：电力系统一切：电力系统一切不正常不正常的相与相之间或的相与相之间或相与地（或中性线）之间发生连接的情况。相与地（或中性线）之间发生连接的情况。7 7Exit各种短路的示意图和代表符号 短路种类短路种类 示意图示意图 代表

5、符号代表符号三三 相相 短短 路路 f(3)两两 相相 短短 路路 接接 地地 f(1,1)两两 相相 短短 路路 f(2)单单 相相 短短 路路 接接 地地 f(1)一、一、短路的类型短路的类型 对称短路对称短路不对称不对称短路短路8 8Exit 电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带来的设备缺陷发展成短路。来的设备缺陷发展成短路。恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒

6、塌等。空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。人为误操作：如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设人为误操作：如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路等。备检修后未拆除地线就加上电压引起短路等。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。9 9Exit(1)电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可电流剧增：设备发热增加，若短路持续时间较长，可使设备过热甚至损坏；由于短路电流的电动力效应，导使设备过热甚至损坏；由于短路电流的电动力效应，导体间将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏。体间将产生很大的机械应力，致使导体变形甚至损坏

7、。(2)电压大幅度下降电压大幅度下降，对用户影响很大。，对用户影响很大。(3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定性，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。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发生不对称短路时，三相不平衡电流会在相邻的通讯线路内感应电势，影响通讯。线路内感应电势，影响通讯。1010Exit1111Exit四、四、降低短路危害的措施降低短路危害的措施降低短路发生的概率：降低短路

8、发生的概率：采取合理的防雷措施、降低过电压水平、采用合适的配电采取合理的防雷措施、降低过电压水平、采用合适的配电装置，加强对运行维护的管理。装置，加强对运行维护的管理。减小短路的危害：减小短路的危害：采取限制短路电流的措施。采取限制短路电流的措施。最主要的措施：迅速将发生短路的部分与系统其他部分隔离最主要的措施：迅速将发生短路的部分与系统其他部分隔离1212Exit五、五、计算短路电流的目的计算短路电流的目的短路电流计算结果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）是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；

9、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。据它可以确定限制短路电流的措施。1313Exit 一、一、无限大功率电源无限大功率电源 端电压幅值和频率都保持恒定，内阻抗为零。端电压幅值和频率都保持恒定，内阻抗为零。电源内阻抗小于短路回路总阻抗的电源内阻抗小于短路回路总阻抗的10%，即，即可认为是无限大功率电源可认为是无限大功率电源 例如：多台发电机并联运行、短路点远离电例如：多台发电机并联运行、短路点远离电源等源等1414Exit 二、二、暂态过程分析暂态过程分析短路前短路

10、前电路处于电路处于稳态稳态：)sin(|0|0|tIima222|0|)()(LLRRUImmRRLLtg)(1|0|1515Exit 下标说明：下标说明：|0|：故障前瞬间，相当于：故障前瞬间，相当于“电路电路”中的中的0-0：故障后瞬间，相当于：故障后瞬间，相当于“电路电路”中的中的0+p或或：周期分量（：周期分量（period）：频率为：频率为的分量的分量 ：非周期分量：非周期分量 m ：模值（：模值（mode）M ：最大值：最大值（maximum）：稳态值：稳态值 （t）1616Exit)sin(tUdtdiLRimaa其解就是短路的全电流，由两部分组成：其解就是短路的全电流，由两部分

11、组成：稳态分量稳态分量 (强制分量、交流分量或周期分量强制分量、交流分量或周期分量 ）和）和暂态暂态分量分量（自由分量（自由分量 、直流分量或非周期分量）。、直流分量或非周期分量）。22)(LRUImmRLtg1)sin(tIiimpaaaipaiai 1717Exit暂态分量电流暂态分量电流 ：aTtaCeiaT暂态分量电流衰减时间常数：暂态分量电流衰减时间常数：特征方程特征方程 pL+R=0根的负倒根的负倒数数RLTa短路的全电流表达式为短路的全电流表达式为：aTtmapaaCetIiii/)sin(通解对应齐次方程 的解0dtdiLRiaa1818Exit)sin()sin(|0|0|m

12、mIICaTtmmmaeIItIi/|0|0|)sin()sin()sin(a|0|0|0|a0sin()sin()mmiIiIC 短路电流短路电流不突变不突变短路前电流短路前电流积分常数的求解积分常数的求解aTtmapaaCetIiii/)sin()sin(|0|0|tIima1919Exit b、c相短路电流表达式相短路电流表达式|0|0|/sin(120)sin(120)sin(120)abmmt TmiItIIe|0|0|/sin(120)sin(120)sin(120)acmmt TmiItIIe 三相短路电流周期分量是对称正弦量，幅值由电源三相短路电流周期分量是对称正弦量，幅值由电

13、源电压幅值及短路回路总阻抗决定；电压幅值及短路回路总阻抗决定；各相短路电流非周期分量具有不同的初始值，指数各相短路电流非周期分量具有不同的初始值，指数衰减衰减2020Exit交流分量为对称正弦电流交流分量为对称正弦电流直流分量使直流分量使t=0时短路电流值时短路电流值与短路前瞬间的电流值相等与短路前瞬间的电流值相等直流分量曲线为短路电流曲线直流分量曲线为短路电流曲线的对称轴的对称轴直流分量值越大，短路电流瞬直流分量值越大，短路电流瞬时值越大时值越大2121Exit 直流分量起始值直流分量起始值 与电源电压与电源电压的初始相角的初始相角、短路前回路中的电流值有关。、短路前回路中的电流值有关。|0

14、|0|sin()sin()mmII短短路路前前有有载载短短路路前前空空载载2222Exit 若短路前空载，且若短路前空载，且 ，即，即 与与t轴平轴平行，则直流分量电流起始值达到最大值。行，则直流分量电流起始值达到最大值。结论：结论：对电感电路，短路电流的直流分量电流有最大值的对电感电路，短路电流的直流分量电流有最大值的条件条件为：为：（1）短路前电路空载（）短路前电路空载（Im|0|=0)，（2）短路发生时，电源电势过零（）短路发生时，电源电势过零（0）。）。短路的最不利情况短路的最不利情况90|maI)sin()sin(|0|0|mmII2323Exit 三、三、短路冲击电流和短路电流有效

15、值短路冲击电流和短路电流有效值 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在最恶劣短路情况下的短路电流的最大瞬时值，用，用 表示。表示。其主要作用是校验电气设备和载流导体的动稳定度。其主要作用是校验电气设备和载流导体的动稳定度。非周期分量初始值：非周期分量初始值：一般电力系统中，一般电力系统中，故可近似认为，故可近似认为最恶劣的情况为最恶劣的情况为 Im|0 0|=0 ，即短路前电路空载运行，短路发生在电源电势过零瞬间即短路前电路空载运行，短路发生在电源电势过零瞬间Mi 90RL)sin()sin(|0|0|0mmaIIi 02424Exit将将 ，和和0 0代入短路

16、全电流表达式：代入短路全电流表达式：0|0|mI90aTtmmaeItIi/cos短路冲击电流在短路发生后约半个周期时出现。若短路冲击电流在短路发生后约半个周期时出现。若 Hz Hz，这个时间约为这个时间约为0.010.01秒。短路冲击电流秒。短路冲击电流 ：50faTmmMeIIi/01.0mMmTIKIea)1(/01.0KM为冲击系数，实用计算时，短路发生在为冲击系数，实用计算时，短路发生在发电机电压母线发电机电压母线时时KM 1.91.9；短路发生在；短路发生在发电厂高压母线发电厂高压母线时时KM 1.851.85；在；在其它地点其它地点短路短路KM 1.81.8。aTMeK/01.0

17、1冲击电流对交流电流幅值的倍数（冲击电流对交流电流幅值的倍数（1KM2）2525Exit2626Exit 2.短路电流有效值短路电流有效值在短路过程中，任意时刻在短路过程中，任意时刻t t的的短路电流有效值短路电流有效值，是指以时，是指以时刻刻t t为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即为中心的一个周期内瞬时电流的均方根值，即 dtiiTdtiTITtTttptTtTtt22/2/2/2/2)(1 1为了简化计算，通常为了简化计算，通常假定假定：非周期分量非周期分量在以时间在以时间t t为中心的为中心的一个周期内恒定不变，因而它在时间一个周期内恒定不变，因而它在时间t t的有效值就等于它的的

18、有效值就等于它的瞬时值，即瞬时值，即atatiI2727Exit对于对于周期分量周期分量，认为它在所计算的周期内是幅值恒定的，其，认为它在所计算的周期内是幅值恒定的，其数值即等于由周期电流包络线所确定的数值即等于由周期电流包络线所确定的t t时刻的幅值。因此，时刻的幅值。因此，t t时刻的周期电流有效值为时刻的周期电流有效值为 2/mPtII22atpttIII短路电流的最大有效值：短路电流的最大有效值：2222222)01.0(2)1(212)1(2/)(2/2/MmMmmmMmtamMKIKIIIiIiII短路电流的最大有效值常用于校验断路器的短路电流的最大有效值常用于校验断路器的开断能力

19、开断能力。短路电流最大有效值出现在短路后半个周期短路电流最大有效值出现在短路后半个周期 t=0.01s t=0.01s2828Exit 3.短路容量短路容量短路容量短路容量也称短路功率，等于短路电流有效值同短路处的也称短路功率，等于短路电流有效值同短路处的正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积，即正常工作电压（一般用平均额定电压）的乘积，即tavtIUS3用标幺值表示时用标幺值表示时 tBtBBtavtIIIIUIUS33短路容量短路容量主要用来主要用来校验开关的切断能力。校验开关的切断能力。2929Exit 无限大功率电源及特点无限大功率电源及特点 短路电流各分量及特点短路电流各分量及特点 短路电流非周期分量最大值及条件短路电流非周期分量最大值及条件 短路冲击电流短路冲击电流 最大有效值电流最大有效值电流 短路容量短路容量3030Exit演讲完毕，谢谢观看！