电力系统稳定性分析与计算设计

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1、电力系统运行稳定性问题分析与计算目录摘要前言1第一章电力系统的稳定性3第一节标幺值.3第二节电力系统稳定性的基本概述.5第二章 电力系统的静态稳定性.8第一节 简单的电力系统的静态稳定性8第二节 提高静态稳定性的措施11第三章 电力统的暂态稳定性.14第一节 简单电力系统的暂态稳定性14第二节 提高电力系统暂态稳定性的措施19第四章 电力系统稳定性的分析计算.22 第一节 计算极限切除角22 第二节 用分段法计算摇摆曲线30第五章 故障条件下对继电保护和自动重合闸的要求.46 第一节 故障时对继电保护的要求46 第二节 故障时对自动重合闸的要求49第三节 自动重合闸与继电保护的配合54结束语.

2、57参考文献58内容摘要随着电力工业的迅速发展，我国发电机、变压器单机容量不断增大，电力系统正朝着“大机组、超高压、大电网”的方向发展。在当今电力作为推动社会飞速发展的主动力时代，电力网是否稳定对社会的生产、生活、发展起着决定性的影响。因此，研究电力系统在各种条件下的稳定性问题对社会的发展具有特别重要的意义。本设计共分六个章节，第一章为电力系统稳定性的基础知识；第二章介绍电力系统的静态稳定性，并提出了在实际生产生活中提高静态稳定性的有效措施；第三章介绍电力系统的暂态稳定性，并提出了在实际运行中提高暂态稳定性的有效措施；第四章介绍用分段法求各种故障下发电机的摇摆曲线；第五章介绍了在各种故障下对继

3、电保护和自动重合闸的要求；第六章为结束语。（注：本设计着重分析的是电力系统受干扰后的另一种暂态过程，即电力系统的机电暂态过程。）关键词：电力系统稳定性 静态稳定性 暂态稳定性 机械功率 励磁调节 功角Content abstract Along with the rapid development of the electric power industry, China generator transformer capacity increasing in power system, the big, big power, the ultra direction. In todays po

4、wer as the rapid development of the social stability, whether the grid initiative of social production, living and development plays a decisive influence. Therefore, the research on power system stability under different conditions of social development has vital significance. The design of six chap

5、ters, the first chapter for basic knowledge of power system stability, The second chapter static stability of power system, and puts forward the practical production in lifeThe effective measures to improve the static stability, The third chapter of the power system transient stability, and put forw

6、ard improving in the actual operation of the transient stability and effective measures, The fourth chapter with various fault segmentation method is issued by the swing of the motor; The fifth chapter in various fault of relay protection and automatic reclosing requirements, The sixth chapter for c

7、losing.(note: this design of power system are emphatically analyzed after the interference of another kind of transient process, namely the electrical power system transient process.Keywords: static stability of power system stability of transient stability mechanical power excitation adjust Angle前言

8、“电力系统稳定性”这部分内容是发电厂及电力系统专业的专业课的重要内容之一，这部分内容相对比较难学却又十分重要，因此，真正透彻的掌握电力系统的稳定性分析过程对我们电力行业的工作人员有着十分重要的意义。本设计将分析电力系统的另一种暂态过程电力系统的机电暂态过程。在分析电磁暂态过程时，曾假设旋转电机的转速保持不变，重点研究暂态过程中的切除角和切除时间对系统故障时的影响及系统各种参数变化的过程。属于电力系统机电暂态过程的工程技术问题主要是电力系统的稳定性问题。电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的运行状态的问题。如果能够

9、，则认为系统在该运行状态下是稳定的。反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的运行状态，则说明系统的状态变量没有一个稳定值，而是随时间不断增大或振荡，系统是不稳定的。发电机组的转速是由作用在它转子上的转矩所决定的，作用在转子上的转矩主要包括原动机作用在转子上的机械转矩和发电机的电磁转矩两部分。当转子维持同步转速时，上述两部分转矩是平衡的，一旦这两部分转矩不平衡时就会引起转子的加速或减速，转子就脱离了同步转速。原动机的机械转矩是由发电厂动力部分的运行状态所决定，发电厂的电磁转矩是由发电机及其连接的电力系统中的运行状态所决定，在这些运行状态中如发生任意干扰都会是作用在转子上的转子上的转

10、矩不平衡，也就会使转速发生变化。在实际运行中，这些干扰是不可避免的，小的干扰经常不断地发生，例如电力系统中负荷的小波动；大的干扰也是时常出现的，例如电网中突然发生短路而造成发电机电磁转矩的大变化等等。因此要求系统在受到各种干扰后，发电机组经过一段过程的运动变化后仍能恢复同步运行，即角能达到一个稳态值。能满足这一点，系统就是功角稳定的，否则就是功率不稳定的，而必须采取相应的措施以保证系统的稳定。本设计对电力系统的静态和暂态稳定性物理过程、发电机功率特性和功率极限进行了透彻的分析，研究了不同故障类型下，故障切除时间对电力系统暂态稳定性的影响。最后，提出了在实际生活中应根据各种电力系统的实际情况采用

11、相应的措施以保持系统的稳定运行。由于编者的水平有限，书中有错误和不妥之处请读者批评指正。第一章 电力系统的稳定性第一节 标幺值 在电力系统故障分析计算中，大多应用标幺制。标幺制中各种物理量都用标幺值（即相对值）来表示，使运算步骤简单，数值简明便于分析。一、 标幺值标幺值的一般数学表达式为 （1-1） 对于任一物理量均可以用标幺值表示。例如电阻、电抗的标幺值分别为：、 （1-2）式中：R、X为电阻、电抗的有名值，；为阻抗的基准值，。 又如有功功率、无功功率、视在功率的标幺值分别为： 、 （1-3） 式中：P为有功功率，MW；Q为无功功率，Mvar；S为视在功率，MVA；为功率基准值，MVA。二、

12、基准值的选取 基准值的选取有一定的随意性，下面仅以三相电路说明之。 在三相电路中，物理量U、I、S、Z间有以下两个基本关系，即：、 （1-4）式中：U为线电压；S为三相功率；I为相电流；Z为相阻抗。 如果选定各量基准值满足下列关系、 （1-5）将式（1-4）除以式（1-5）中的对应项后可得、 （1-6）式（1-6）表明，在标幺值中三相电路的关系式类似于单相电路。在式（1-5）中含有四个基准值，可以任选两个，一般先选定电压和功率的基准值，则电流和阻抗基准值分别为： （1-） （1-）其中, 单位为MVA, 单位为KV。三、基准值改变时标幺值的换算 电力系统中各种电气设备如发电机、变压器、电抗器的

13、阻抗参数均是以其本身额定值为基准值的标幺值或百分值给出的，而在进行电力系统计算时，必需取统一的基准值，因此要求将原来的以本身额定值为基准值的阻抗标幺值换算的统一的基准值。 若电抗X对应不同的基准值的标幺值分别为： 、 （1-9）式中：下标B表示统一基准值及其对应的标幺值；下标N表示设备额定值以及对应的标幺值。由式（1-9）可得与间的转换关系为： (1-10)发电机的铭牌参数一般给出其额定电压、额定功率以及以额定值为基准值的电抗标幺值，可用式(1-10)计算其对应统一基准值的电抗标幺值。 对于变压器一般给出其额定电压、额定功率以及短路电压百分数等。其短路电压百分数和电抗标幺值的关系为： (1-1

14、1)式中：为变压器电抗的有名值。故变压器转换为统一基准值的电抗标幺值为： (1-12) 电抗器在系统中用来限制短路电流而不是用于能量变换，故对于电抗器一般给出的是、和电抗百分数与标幺值间关系为： (1-13)换算为统一基准值的标幺值为： (1-14)第二节 电力系统稳定的基本概述电力系统中各台同步发电机在同步运行状态下，输出端电功率为定值，系统中各节点电压和各支路的潮流也是定值，这就是电力系统的稳定运行状态。电力系统稳定性问题就是当系统在某一正常稳定运行状态下受到某种干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或者过渡到一个新的稳定运行状态的问题。如果能够，则认为系统在该正常运行状态下是稳定

15、的；反之，若系统不能回到原来的运行状态或者不能建立一个新的稳态运行状态，则说明系统是不稳定的。一般是表示发电机组对系统或系统对系统间的同步运行稳定性。 在电力系统的实际运行中，干扰是不可避免的，小干扰如负荷的小波动，大干扰如电网中突然发生短路造成发电机电磁功率转矩的大变化等，即原动机作用在转子上的机械转矩和发电机作用在转子上的电磁转矩不平衡，使转子加速或减速，以简单的系统受到干扰为例，当简单系统受到干扰后，发电机的速度，不再保持同步，则相量E比U的放置速度快，相角差也将变化。如果相量E和U一直不同步，相角差一直在变化，电流I和系统中各点电压的幅值不断震荡，系统不能正常工作，出现这种状况即称为系

16、统不稳定。目前电力系统稳定一般是按照电力系统承受扰动的大小分为静态稳定性和暂态稳定性两大类，即电力系统的静态稳定是指电力系统受到小干扰后，能够自动恢复到起始运行状态的能力。 而电力系统的暂态稳定性是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机能够保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来的稳定运行方式的能力。这里说的小干扰或大干扰只是相对和有条件的区分，很难用具体的数量值给定。小干扰一般指正常的负荷波动，系统的状态变量的变化很小，允许将描述系统的状态方程线性化；大干扰则指电力元件中的短路故障或突然断开等，此时电力系统中的结构和参数将发生较大的变化，系统的状态方程不能线性化。电力系统在正常运行时，经受干扰而不

17、发生非同步运行、频率崩溃和电压崩溃的能力。这种抗干扰的能力是电力系统保证正常运行必须具备的。从狭义的观点看，电力系统稳定单指不发生非同步运行，不管电力系统中联接多少台发电机,联网地域有多大(全省、跨省区、跨国家),都要求在经受干扰时所有交流同步发电机保持同步运行。从广义的观点看，电力系统稳定研究的范围还包括电力系统稳定破坏后，电力系统进入非同步运行状态，而后在满足一定条件下再同步成功，又恢复同步运行的全过程，电力系统的这种能力称为综合稳定。为了便于应用现代数学方法和计算工具进行电力系统的计算分析，和在实际运行中更确切地检验电力系统稳定运行的水平并采取提高稳定的措施，把电力系统稳定分为静态稳定，

18、暂态稳定和动态稳定三类。综上所述，电力系统的稳定问题，就是当系统在某一正常稳定运行状态下受到干扰后，能否经过一定的时间后回到原来的运行状态或过渡到一个新的稳定运行状态的问题，如果能够，则认为该系统在正常运行下是稳定的；反之，若系统不能回到原来的运行状态或不能建立一个新的稳定运行状态，则说明系统是不稳定的。一般是表示发电机组对系统或系统对系统间的同步运行稳定性。第二章 电力系统静态稳定性 第一节 简单的电力系统静态稳定电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生自发振荡或非周期性失步，自动恢复到起始状态的能力。因此，电力系统的静态稳定性又称为小干扰稳定性。电力系统中几乎随时都在受到小干扰，如

19、负荷的变化、切投负荷、风吹是线路摆动以及发电机的机械振动等。不管是哪种干扰，如果它的后果是电力系统静态稳定遭到破坏，系统都是静态不稳定的。因此，电力系统静态稳定问题的实质就是电力系统保持同步运行状态的能力。以简单电力系统的静态稳定性分析，可设同步发电机为隐极机，用同步发电机的空载电势和同步电抗表示发电机，则其等值电路如图上图所示。功率特性方程为式 （2-1）式中：; 为功角。则与该功角方程对应的发电机的功-角特性曲线为如下图2-1所示的正弦曲线。不考虑发电机励磁调节装置的作用时，认为恒定。在某一运行情况下，发电机组的输入功率为，发电机向系统输送功率为，若,如图2-1中a点的运行情况，发电机的输

20、入和输出功率是平衡的，发电机保持同步运行。由发电机的功角特性曲线可以看出，除了a点是功率平衡外，b点也是功率平衡点，即发电机有两个可能运行的角度和。下面就分析在图2-1中a，b两个运行点，在受到小干扰时的运行状态。1.a点运行情况分析不计原动机的调速器作用，则原动机的输出功率不变。当电力系统中出现小干扰，使功角增加一个微小的增量，发电机输出的电磁功率达到与图2-1中对应的功率值。此时发电机输出功率大于原动机输入的机械功率，即，转子的过剩转矩为负值，发电机的转子将减速，将减小。由于在运动过程中存在阻尼作用，经过一系列微小震荡后运行点又回到a点，即状态变量自动地恢复到原来的数值。如果小干扰使减小了

21、，发电机输出的电磁功率增大，即，过剩转矩为正，转子将加速，增大趋向a点，相似的经过一系列震荡后在a点重新获得平衡， 由以上分析可见，在运行点a，系统受到小干扰后能够自动恢复到原来的平衡状态，因此是静态稳定的。2.b点运行情况分析 b点的运行情况与a点完全不同，当小干扰使功角增加一个增量时，发电机输出的电磁功率将减少，即，转子的过剩转矩为正值，发电机的转子将加速，将继续增加，的不断增大，标志着发电机与无限大系统非周期性地失去同步，系统中电流、电压和功率大幅度地波动，系统无法正常运行，最终导致系统瓦解。如果小干扰使减小了，发电机输出的电磁功率增大，即，过剩转矩为负，转子将减速，将减小，由决定的负的

22、过剩转矩将使一直减小，直到小于，转子又开始加速，由经过一系列震荡后在a点重新获得平衡，运行点也不再回到b点。 由以上分析可见，在运行点b，系统受到小干扰后，不是转移到运行点a，就是与系统失去同步，故b点是不稳定的，系统本身不能维持在b点稳定运行。 由上述简单电力系统稳定的分析可见，虽然a，b两点对应的电磁功率和机械功率都能够平衡，但稳定的运行点a对应的功角，处于功角曲线的上升部分，随着功角的增加输出的电磁功率也增加，即；不稳定的运行点b对应的功角，处于功角特性曲线的下降部分，随着功角的增加输出的电磁功率反而减小，即。综上所述，对于简单电力系统，可用是否大于零来判断系统静态稳定与否。因此，简单电

23、力系统静态稳定的实用判据为。 导数称为整步功率系数，其大小可以说明发电机维持同步运行的能力，即说明静态稳定的程度。第二节 提高静态稳定性的措施从电力系统静态稳定的分析可知，电力系统的功率极限越高，即静态稳定储备系数越大，则电力系统运行的稳定程度越高。 由功率极限的基本表达式可见，提高电力系统的功率极限，可从提高发电机的电势、减小系统的电抗、提高和稳定系统的电压等方面考虑。从一台发电机对无限大系统的分析可知，减小发电机与系统之间联系电抗，就可以增加发电机的功率极限，即加强了发电机与无限大系统的电气联系，缩短了“电气距离”。 下面介绍几种提高静态稳定性的措施，这些都是直接或间接地减小电抗的措施。一

24、、 减小元件的电抗 在电力系统中，线路的电抗所占比例较大，特别是远距离输电线路所占比重更大。因此，减小线路的电抗，对提高电力系统的功率极限和稳定性有重要的作用。具体可采用下面几种方法。1.采用分裂导线 高压输电线路中采用分裂导线的主要目的是为了避免电晕，但同时也可以减小线路的电抗。2.提高线路的额定电压等级 由功率极限可见，功率极限与电压的平方成正比，提高线路的额定电压等级，也就提高了功率极限。这一措施也可以认为是间接地减小了线路的电抗。3.采用串联电容补偿 串联电容补偿就是在高压电力线路上串联电容器，利用其容抗与线路感抗相反的性质补偿线路感抗，从而使发电机与系统间总的等值电抗减少，相当于缩短

25、了线路的长度，提高了系统的静态稳定性。二、采用自动调节励磁装置 发电机装设比例型励磁调节器时，可认为暂态电势（或）为常数，相当于将发电机的电抗由同步电抗减小为暂态电抗。如果能够采用按运行参数的变化率调节励磁，甚至可以将维持发电机的端压设为参数，相当于将发电机的电抗减小为零。因此，发电机装设先进的调节器相当于缩短了发电机与系统间电气距离，从而提高了系统静态稳定性 三、改善系统的结构和采用中间补偿设备1.改善系统的结构有多种方法可以改善系统的结构，加强系统的电气联系。例如在距离过长或联系电抗过大的输电线路上，可以增加线路的回路数以减小电抗。2.采用中间补偿设备如果在输电线路中间的降压变电站内装设适

26、量的同步调相机，且同步调相机配有先进的自动调节励磁装置，则可以维持同步调相机极端电压甚至高压母线的电压恒定。使输电线路等值的分为两段提高系统的静态稳定性。即原来的系统被分为独立的两段，系统中原来的功率极限变为、二者之中的最小值。由于线路上各点电势、电压的大小相差不多，而分段后各段的电抗均远小于总电抗，所以功率极限大为提高。 以上介绍的提高电力系统静态稳定的措施都是考虑减小电抗而言，在实际的正常运行中提高发电机的电势和电网的运行电压也可以提高功率极限，但这需要在系统中设置足够的无功功率电源。第三章 电力系统暂态稳定第一节 简单系统的暂态稳定性分析一、系统处于各种运行方式时发电机输出的电磁功率如图

27、3-1中（a）所示，简单的电力系统暂态稳定，正常运行方式时发电机经变压器和双回线路想无限大系统送电。设发生的一组干扰是：处于正常运行方式的系统，在图3-1中（b）中所示一回线路的始端f点发生不对称故障，发生故障后有继电保护动作切除故障线路，如图3-1中（c）所示。1. 正常运行方式时，电势与无限大系统间的电抗为： （3-1）发电机送出的电磁功率为： （3-2）2. 故障方式时电抗总是大于正常方式时的电抗，即。在一回输电线路的f点发生不对称故障时，只要在正序网络的故障点根据不同的短路类型接入不同的附加电抗，这个正序增广网络即可用来计算不对称短路时的正序电流和正序功率。例如单相短路，附加电抗应为负

28、序电抗与零序电抗的串联；两相短路时，附加电抗等于负序电抗；三相短路，作为不对称短路的一种特殊形式，它的附加电抗。可见，三相短路时对电力线路的稳定性而言是所有故障中最不利的。经网络变换后，可得发电机电动势与无限大系统间的转移电抗为： (3-3)当发电机电动势不变时，故障情况下的传输功率为： （3-4）3. 短路发生后，由于继电保护装置将迅速动作，断开故障线路，如图3-1（c）所示，此时发电机电势与无限大系统间的电抗为： （3-5）发电机的传输功率为： （3-6）二、系统受到大干扰后的物理过程分析 结合图3-1和图3-2进行分析，发生短路故障瞬间，功率特性立即下降为，但由于转子的惯性，其角度不会立

29、即变化，这是发电机的运行由a点突降至b点，其输出的功率显著减少，而原动机的机械功率PT不变，产生了较大的过剩转矩，PT-Pb，故障情况越严重，功率的幅值越低，则过剩转矩越大，转子开始加速，使运行点由b点向c点移动。如果故障永久存在，始终存在过剩转矩，发电机将不断加速，最终与系统失去同步。实际上，发生故障后继电保护将迅速切除故障，设在c点且出故障，这是功率特性变为,既运行点由的c点突变为的e点，此时发电机的电磁功率大于原动机的机械功率PEPT,所以发电机的转子受制动而减速。设制动过程直到f点时发电机才回到同步转速，但f点与e点一样，仍存在PEPT,在制动作用下转子继续减速将小于同比转速，功角也开

30、始减小，到达k点前转自一直减速，在k点虽然机械功率与电磁功率平衡，但由于转子低于同步转速，功角继续减小，但运行点向下越过k点后，机械功率开始大于电磁功率，转子又开始加速，因此在k点上下产生振荡，由于阻尼作用使震荡不断衰减最后趋向于上的k点，即达到一个新的稳定运行方式，说明这一系列大干扰下系统是暂态稳定的。该系统中同样存在受到大干扰后暂态稳定破坏的情况，如果故障线路切除的比较慢，到c点才切除，这时转子加速已经比较严重，功角不断增大，在f 点时转子的加速度仍然大于同步转速，甚至在到达h点后发电机转子仍未能恢复到同步转速，因此，功角就将越过h点，此时电磁功率减小，使发电机将进一步加速，加速度越来越大

31、，而使功角不断增大，导致发电机与无限大系统之间失去同步。对比以上两种不同的结果可见，快速切除故障是保证系统暂态稳定的有效措施。用等面积定则来判断暂态是否稳定，等面积定则，即当减速面积等于加速面积时，转子角速度恢复到同步转速，功角达到最大摇摆角并开始减小。当SdefgSabcd时系统暂态稳定，反之，系统暂态不稳定。利用等面积定则，可以决定极限切除角，即功角变化过程中最迟必须在到达极限切除角时切除故障，如果切除角大于极限切除角，则加速面积大于减速面积，暂态过程中运行点会越过h点而使系统失去同步。相反，只要切除角小于极限切除角，系统总是稳定的。一、 极限切除角与极限切除时间 根据前面的分析可知，为了

32、保持系统的稳定，必须在到达h点以前使转子恢复同步速度。极限是正好达到h点时转子恢复同步速度，这时的故障切除角成为极限切除角。根据等面积定则有以下关系可推得极限切除角为： （3-7）式中，。 在极限切除角时切除线路故障，已利用了最大可能的减速面积。如果故障切除角大于极限切除角，就会造成加速面积大于减速面积，暂态过程中运行点就会越过h点而使系统失去同步。相反，只要故障切除角小于极限切除角，系统总是稳定的。但是，利用上式求得极限切除角并没有真正解决问题，因为工程上实际需要知道的是，为了保证系统稳定必须在多少时间内切除故障线路，也就是知道与极限切除角对应的故障切除时间，这一时间通常称为极限切除时间。显

33、然，故障切除时间小于极限切除时间则系统是稳定的，反之系统是不稳定的。因此，为了保证系统稳定性，电力系统中所有继电保护的动作时间都应小于这个时间。第二节 提高电力系统暂态稳定性的措施 引起电力系统暂态稳定问题，主要是由于遭受大干扰后，在发动机转子上机械输入功率与电磁输入功率的不平衡所造成的。暂态稳定的严重程度，与扰动后的过剩功率的大小及扰动持续时间有关。对简单电力系统而言，主要与加速面积和减速面积有关。提高系统暂态稳定性，就需设法减小加速面积，增大最大可能的减速面积。需要指出的是，前述提高静态稳定性的措施，如缩短电气距离、提高发动机电动势E及提高系统电压U等，对提高系统暂态稳定性同样有效。 下面

34、介绍几种常用的提高系统暂态稳定性的措施。一、故障的快速切除和自动重合闸装置的应用 这两个措施可以较大的减小加速面积，同时增大减速面积，既有效又经济。1.快速切除故障 快速切除故障对提高系统暂态稳定性是很有效的。如图3-2所示，故障切除时间愈小，加速面积愈小，而对应的最大可能减速面积愈大，愈利于系统暂态稳定。故障切除时间包含有继电保护动作时间、断路器固有分闸时间和灭弧时间几部分。目前广泛使用的断路器和真空断路器的全分闸时间一般都在两个周波（约0.040.06s）左右，新型保护装置的动作时间可做到几十毫秒内，因此切除故障的最快时间已可做到0.06s。2.采用自动重合闸装置由于电力系统中的故障大多是

35、短路故障，且短路故障中大多数又是瞬时性的，所以故障后的重合闸成功率是很高的，一般可达90%以上。所以采用自动重合闸装置的措施可以提高供电的可靠性，对提高系统的暂态稳定性也有十分明显的作用，是目前应有的比较多的措施之一。二、提高发电机功率特性、消耗或输出发动机的过剩功率1.对发电机施行强行励磁现代电力系统中大型发动机都装有强行励磁装置，当系统发生短路故障，使发电机端电压下降到额定电压的85%-90%时，强行励磁装置动作，迅速而大幅度的增加励磁以提高发电机电势，从而提高了发电机输出的电磁功率。因此，在故障期间减小了加速面积并增大了减速面积，从而提高了系统的暂态稳定。2.电气制动电气制动就是当电力系

36、统发生故障后，实时的投入制动电阻以消耗发动机的部分过剩功率。即在发电机加速期间投入制动电阻，利用电阻消耗发电机的部分过剩功率，使加速面积减小，使系统振荡受到阻尼的影响，达到提高暂态稳定性的目的。3.变电站中性点经小电阻接地变电站中性点经小阻抗接地时的作用原理与电气制动非常相似，变压器中性点上所接地小电阻只在系统不对称运行时才能起作用，可认为是短路故障时的电气制动。三、减少原动机的机械功率 故障后减小原动机的机械功率，也可以减小对转子加速的过剩功率，有利于提高系统暂态稳定。1. 采用快速调速系统 对于汽轮发动机组，在故障时采用快速关闭汽门的方法使原动机的输入机械功率迅速减小，从而达到减小加速面积

37、增大减速面积的效果，因而有利于暂态稳定。2. 采用联锁切机对于水轮发动机，由于水锤效应一般不采用快速关闭进水阀门的方法。因此，对于水利发电厂有时采用在故障时出切除部分发电机，即联锁切机。切除部分发电机后，等于减小了原动机的输入功率。必须指出，这种措施只能适用于系统容量大，切除部分发电机对系统的功率平衡不会造成严重影响的系统中，否则切除部分发电机后，将对系统的电压，频率造成不良的后果。第四章 电力系统稳定性的分析计算第一节 计算极限切除角解:选取基准值，计算各种参数， 取=220MVA， , 运行参数为：。 （2)确定系统正常运行方式，正常运行时，发电机与无限大容量系统间的联系电抗为： (3)确

38、定故障方式进行计算1.单相接地（a）此时附加电抗是负序网络在故障点f的等值电抗和的串联.则附加电抗为： =1.11（b）故障切除后（C）计算极限切除角。2.两相短路,(a)此时附加电抗是负序网络在故障点的等值电抗. =1.392所以，故障时发电机输出的最大功率为(b)故障切除后（c）计算极限切除角=106.573.两相短路接地（a）此时附加电抗是负序与零序网络在故障点的等值电抗与的并联电阻。（b）故障切除后=0.935，(c)计算极限切除角此时附加电抗是负序与零序网络在故障点的等值电抗与的并联电阻。 4发生一回断线故障故障时等值电路图如下图所示所以可以求得故障时与系统间的总转移电抗为=0.20

39、9+0.115+20.258+0.095=0.935所以故障时发电机输出的最大功率为=5.在一回线路处发生三相短路,(a) 此时附加电抗零，故障等值电路如图4-2。（b）故障切除后（c）计算极限切除角第二节 用分段法计算摇摆曲线1单相接地（1） 取。则则短路时仍为，发电机的输出功率即降低为即在第一个时间段开始时过剩功率从零变为所以经第一个时间段后的角增量角为第一时段末，即第二个时间段开始时发电机的过剩功率为：经过第二时段的角增量所以第二时段结束时角度如此继续计算下去，如下表所示t(s)vsin0028.970.4840.5990.411/20.770.05129.740.4960.6310.3

40、692.070.10231.810.5270.6700.3303.230.15335.040.5740.7300.2704.180.20439.220.6320.8040.1964.870.25544.090.6960.8850.1155.270.30649.360.7590.9650.0355.390.35754.750.8171.039-0.0395.250.40860.000.8661.100-0.1004.890.45964.890.9051.152-0.1524.360.501069.250.9351.189-0.1893.690.551172.940.9561.216-0.2162

41、.930.601275.870.9691.233-0.2332.110.651377.980.9781.244-0.2441.250.701479.230.9821.249-0.2490.370.751579.600.9841.251-0.251-0.510.801679.090.9821.249-0.249-1.380.851777.710.9771.199-0.199-2.080.901875.630.9691.232-0.232-2.89由表可知在0.75S时，增至最大值为，小于极限切除角1，以后 随时间的增加而减小，所以在该故障下发电机可以自行恢复稳定。画出曲线如下图所示：2两相短路(

42、1).取，则短路时(不突变)仍为28.97，发电机输出的功率降低为在第一给时间段开始时过剩功率从零变为所以经第一时间段后的角增量第一时间段末，即第二时间段开始时发电机的输出功率第一时间段末，即第二时间段开始时发电机的输出功率如此计算下去如下表所示t(s)vsin0.15336.800.5380.5400.4604.2700.20441.470.6620.6650.3355.8500.25547.320.7350.7380.2626.7700.30654.090.8100.8130.1877.4300.35761.520.8800.8820.1187.8400.40869.360.9360.94

43、00.0608.0500.45977.410.9760.9800.0208.1200.501085.530.9971.001-0.0018.1160.551193.650.9981.002-0.0028.1090.6012101.760.9790.9830.0178.1690.6513109.920.940.9440.0568.3660.7014118.290.8810.8840.1168.773由上表可以看出随着时间t的增加，也随着增加，t在0.60s-0.65s时达到极限切除角106.57，且往后随时间t继续增大，所以在该故障下发电机不能自行恢复稳定。(2)计算当0.50s时故障切除后的曲

44、线当0.50s切除故障后为85.53,发电机的功率发生突变，则所以，0.50s时过剩功率的平均值如下表继续计算下去0.501085.530.9971.490-0.2467.260.551192.790.9991.493-0.4935.530.601298.320.9891.479-0.4793.850.6513102.170.9781.461-0.4612.230.7014104.400.9691.448-0.4480.660.7515105.060.9661.444-0.444-0.900.8016104.160.9701.450-0.450-2.480.8517101.680.9791.4

45、64-0.464-4.11从上表可以看出，在大约0.75s时角达到了最大值105.06 ，此后开始随时间t增大而减小，表明在t=0.05s切除故障,系统可以恢复到稳定运行状态。画出曲线如下图所示：3两相短路接地（1）取则 ：则故障时仍为发电机的输出功率即降低为()第一时段末，即第二时间段开始时发电机输出功率为如此计算如下表所示t(s)vsin0028.9700.4840.2720.728/21.2780.05130.2480.5040.2830.7173.7940.10234.0420.5600.3150.6856.240.15340.2420.6460.3630.6378.4360.2044

46、8.6780.7510.4220.57810.465由上表可看出在0.15s时对应的角度为40.242小于极限切除角71.20。（2）.当故障切除时间为0.15s时计算曲线故障切除后突变为,上表中突变为的平均值为如此计算下去如下表所示t(s)vsin0.15340.2420.6460.9660.3367.3650.20447.6070.7391.104-0.1047.0000.25554.6070.8151.219-0.2196.2320.30660.8390.8731.306-0.3065.1580.35765.9970.9141.366-0.3663.8740.40869.8710.939

47、1.404-0.4042.4570.45972.3280.9531.424-0.4240.9670.501073.2950.9581.432-0.432-0.5490.551172.7460.9551.428-0.428-2.0500.601270.6960.9441.411-0.411-3.4930.651367.2030.9221.378-0.378-4.821由上表可看出在0.50s时开始减小并小于，可判断系统可回到稳定状态。 画出曲线如下图所示：4发生一回路断线故障（1）用分段计算法计算摇摆曲线取=0.05s则K= 刚短路时仍为28.97，发电机输出的功率降低为=1.495sin28.

48、97=0.724即在第一个时间段开始时过剩功率从0变为=-=1-0.724=0.276所以经第一个时间段后的角增量为=0+=0+3.51=0.48=28.97+0.48=29.45第一时段末，即第二时段开始时发电机的输出功率=1-=1-1.495 sin 29.45=0.265=+K=0.48+3.510.265=4.96=29.45+1.41=30.86如此继续计算下去,如下表所示t(s)vsin0028.970.4840.7240.2760.480.05129.450.4920.7350.2651.410.10230.860.5130.7670.2332.330.15333.090.545

49、0.8160.1842.880.20435.970.5880.8780.1223.310.25539.280.6330.9460.0543.500.30642.780.6791.015-0.0153.450.35746.230.7221.080-0.0803.170.40849.400.7591.135-0.1352.700.45952.100.7891.180-0.182.070.501054.170.8101.210-0.211.330.551155.500.8241.232-0.2320.520.601256.020.8291.240-0.24-0.320.651355.700.8261

50、.235-0.235-1.140.701454.560.8151.218-0.218-1.91由上表可看出在0.65s时开始下降，此时为55.70小于180系统可以回到稳定状态，即在发生一回路断线故障时不需要采取措施系统即可恢复稳定。画出曲线如下图所示： 5在一回线路1/3处发生三相短路。（1）取=0.05s则刚短路时仍为28.97，发电机输出的功率降低为即在第一个时间段开始时过剩功率从0变为=1- 0.261=0.739所以经第一个时间段后的角增量为=28.97+1.3=30.27第一时段末，即第二时段开始时发电机的输出功率如此继续计算下去,如下表所示t(s)vsin0028.970.484

51、0.2610.7391.300.05130.270.5040.2710.7293.860.10234.130.5610.3020.6986.310.15340.440.6480.3490.6518.60.20449.040.7550.4060.59410.680.25559.720.8640.4650.53512.560.30672.280.9530.5120.48814.270.35786.550.9980.5370.46315.890.408102.440.9770.5250.47517.560.459120.00.8660.4660.53419.43由上表可看出在该故障下若不在极限切除角

52、对应的时间0.29s前切除故障，则发电机不能自行恢复到稳定运行状态。（2）当故障在极限切除角对应的时间切除，计算-t曲线发电机的功率特性突变为：则前=1-0.538sin=0.494, 后=1-1.495sin=-0.407。其平均过剩功率为第七时段开始时，发电机的过剩功率为如此计算下去如下表所示t(s)vsin0.26570.20.9410.4940.04410.830.31681.030.9881.477-0.4779.160.36790.190.9991.495-0.4957.420.41897.610.9911.482-0.4825.720.469103.330.9731.455-0.

53、4554.120.5110107.450.9541.426-0.4262.620.5611111.070.9331.404-0.4041.200.6112111.270.9321.393-0.393-0.180.6613111.090.9331.395-0.395-1.210.7114109.880.9401.406-0.406-2.640.7615107.240.9551.428-0.428-4.140.8116103.100.9741.456-0.456-5.74从上表可看出在s时开始下降,此时为小于系统可以回到稳定运行状态。画出曲线如下图所示： 第五章 故障条件下对继电保护和自动重合闸的

54、要求 第一节 故障时对继电保护的要求一、电力系统继电保护的目的电力系统继电保护是指反应电力系统中电气设备发生故障或不正常运行状态而动作与断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。电力系统由于受到自然（如雷击、风灾等）、人为（如设备制造上的缺陷、误操作等）等因素的影响，会不可避免的发生各种形式的短路故障和异常运行状态。电力系统的故障和异常运行状态如不及时处理或处理不当，就可能在电力系统中引起故障，造成人员伤亡及设备损坏，使用户停电、电能质量下降到不能允许的程度。为防止事故发生，就必须在每一个电气设备上装设继电保护装置，根据故障和异常运行情况，动作于断路器跳闸或发信号。二、电力系统继电保护的基本要求根据

55、继电保护的任务和电力系统的运行特点，对继电保护装置的基本要求应满足选择性、速动性、灵敏性、和可靠性。这些要求之间，有的相辅相成、有的相互制约，需要对不同的使用条件分别进行协调。 1.可靠性：是对继电保护最基本的性能要求，它又可分为可信赖性和安全性二个方面。可信赖性要求继电保护在异常或故障情况下，能准确地完成设计所要求的动作；安全性要求继电保护在非设计所要求动作的所有情况下，能够可靠地不动作。 2. 选择性：是指在对电网影响可能最小的地方，实现断路器的控制操作，以终止故障或电网事故的发展。如对电力设备的继电保护，当电力设备故障时，要求最靠近故障点的断路器动作断开电网的供电电源，即电力设备继电保护的选择性。选择性除了决定于继电保护装置本身的性能外，还要求满足从电源算起，愈靠近故障点，其继电保护装置的故障启动值愈小，动作时间愈短；而对振荡解列装置，则要求当电网失去同步稳定性时，其所动作的断路器断开点，在解列后两侧电网可以各自安全地同步运行，从而终止振荡等。 3.快速性：是指继电保护应以允许的可能最快的速度动作于断路器跳闸，以断开故障或终止异常状态的发展。继电保护快速动作可以减轻故障元件的损坏程度，提高线路故障后自动重合闸的