山大电力系统暂态分析第一章2012

电力系统暂态分析李光琦编绪论一、概述电力系统稳态分析：系统的潮流计算；系统正常运行时发电机发出的功率要与用户所需要的功率相平衡。在正常运行时为保证系统频率和电压的稳定如何进行有功及无功的调整等内容。电力系统暂态分析：当系统受到某种干扰时，功率的平衡即被打破，运动状态也将随之而变，由于系统在经受干扰后，系统中包括有许多惯性元件，运动状态不能瞬时完成，而必须经历一个过渡状态，这种状态称为暂态。2①一种是从原来的稳态过渡到另一种新的稳态，其运行参数（U、f）相对正常值的偏差能够保持在一定的允许范围内，系统仍能继续工作。②另一种情况是：发生故障的时候，系统运行参数发生剧烈的变化，因而有可能引起使电力系统正常运行局部地甚至全部地遭到破坏。或者即使能够达到一种新的稳定状态，其参数也大大偏离正常值，使电能质量严重变坏，使系统很难恢复正常运行，这就是系统的事故状态。3二、电磁暂态在暂态过程刚开始的一段时间内，系统中的发电机以及其他转动机械的转速由于惯性作用还来不及变化，暂态过程主要决定于各元件的电磁参数，暂态过程的这一阶段称为电磁暂态。例如：后面介绍的短路计算（故障分析）就属于此类。三、机电暂态随着暂态过程的发展，转速已有了变化，于是暂态过程的情况不仅与电磁参数有关，而且还与转动机械的机械参数（转速、角位移）有关，与角位移有关的暂态过程称为机电暂态。重点在于分析发电机组转子的运动规律。也就是通常讲的稳定问题。4第一章电力系统故障分析§1-1故障概述一、短路的概念短路是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地(或中性线)之间的连接。在正常运行时，除中性点外，相与相或相与地之间是绝缘的。如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成了通路，我们就称发生了短路。5二、短路的种类1．三相短路：三相短路时三相回路依旧是对称的，故称为对称短路。发生的概率大概为5%左右。f（3）2．单相接地短路：不对称短路，发生的概率大概为65%左右。f（1）3．两相短路：不对称短路，发生的概率大概为10%左右。f（2）4．两相接地短路：不对称短路，发生的概率大概为20%左右。f（1，1）6三、发生短路的原因电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。各种形式的过电压（如雷击）。绝缘材料的自然老化，脏污，直接的机械损伤等。绝缘的破坏在大多数情况下是由于没有及时发现和消除设备中的缺陷，以及设计、安装和运行维护不良所致。运行人员带负荷拉刀闸，或者线路检修后未拆除地线就加上电压等误操作，也会引起短路故障。另外，由于风、雪、雹等自然现象造成的短路及倒杆造成的短路也屡见不鲜。7四、短路的危害1．产生大电流。2．引起电网电压降低。3．有可能是并列运行的发电厂失去同步，破坏系统稳定。4．不对称短路，引起不平衡磁场，对通讯系统、信号系统带来干扰。五、断相故障及复杂故障8六、短路故障分析的内容和目的1．内容：短路后，短路电流的计算，短路容量的计算，系统中各点电压的计算，故障线路电流、电压相位关系等。2．短路计算的目的：①进行继电保护的设计和整定计算,以快速切除故障。②开关电器、电抗器、母线、绝缘子的设计选择，校验动稳定性、热稳定性等。③制定限制短路电流的措施和稳定性分析等。9§1-2标么值1．准确计算法：（归算时采用变压器的实际变比）2．近似计算法：变压器变比用平均额定电压代替）各电压等级的基准电压为各自的平均额定电压，不需再归算。n21B1Bnkkk1UU表1-2平均额定电压电网额定电压361035110220330500平均额定电压3．156．310．53711523034552510§1-2标么值精确计算法近似计算法2BB1lUSlxX*（1）发电机：（2）变压器：（3）线路：（4）电抗器)()()*(NB2BNGBGSSUUxx)()*(NBGBGSSxx)()(%)*(NB2BTNkBTSSUU100Ux)(%)*(NBkBTSS100Ux2BB1lUSlxX*BNNBLBLUIUI100xx%)(*BNNBLBLUIUI100xx%)(*111213141516§1-3无限大功率电源供电网络的三相短路理想的无限大功率电源是指电源容量为无限大，电源内阻为零的电源。真正的无限大系统是不存在的。一般认为：若供电电源的内阻小于短路回路总阻抗的5%~10%（即），则可认为是无限大容量电源。17(5%~10%)sxx18§1-3无限大功率电源供电网络的三相短路由前面计算已得到了系统的等值电路：电源至短路点的总电抗为：4.104504.01.467.024.033.087.0*3*R*2T*2*1-T*G*llxxxxxxx19§1-3无限大功率电源供电网络的三相短路05.1*E255801044051...xEIΣ**p*34kA.23.631002558.0U3SB3BB6p*p*pIIIIkA12801153100255803115115115..USIIIIBBp*Bp*p①短路电流kA965342281281...I.IKipMMM53kA.351.134.21)-K21I2Mp（IM②冲击电流③冲击电流有效值20§1-3无限大功率电源供电网络的三相短路25580.UIS*p*f*MVA582510025580..S*SSBff④短路功率51160）540461(2558065....XIU*、p*M*2kV.336511603..UUUBM*M⑤M点的残余电压：21§1-3无限大功率电源供电网络的三相短路22§1-3无限大功率电源供电网络的三相短路23§1-3无限大功率电源供电网络的三相短路24§2-5电力网络的数学模型25T4T3T1220kv500kv110kv35kv500kv10kvT2242：525500：121110：38.535：11一、标么值及其应用1.有名值和标么值：（1）有名值参数归算：确定基本级，通常取电压最高的等级为基本级。26§2-5电力网络的数学模型2123212321232123()()1()1()RRkkkXXkkkGGkkkBBkkk123123()1()UUkkkIIkkk(2)标么值基准值27§2-5电力网络的数学模型*()()()BFFF有名值标么值基准值（单位与有名值相同）BBBBBBBB133YZZIUIUS导纳和电流的基准值3.多电压等级电网参数的标么值：采用标幺值，有两种归算方法1.先将各电压等级的参数的有名值归算到基本级，然后再对基本级的基准值计算标幺值2.将基本级基准值归算到所计算电压等级，应用归算到所计算电压等级的基准值，用未归算的有名值计算标幺值28§2-5电力网络的数学模型223BBBBBBBBBUSSZZISUUYB方法1：基本级基准值：将各元件参数归算至基本级。各元件的阻抗标么值为：29§2-5电力网络的数学模型2100BBBNBBUSMVAUUZS*BZZZ30§2-5电力网络的数学模型方法2：某元件阻抗实际值为：该元件所在电压级与基本级之间串有变比为的n台变压器，各元件的阻抗标么值为：Z123,,,nkkkk*BZZZ21232()/nBBZkkkkUS22123()BBnSZUkkkk2BBSZU