电力系统分析基础复习.doc

1。产生短路故障的主要原因是：电力设备绝缘损坏
引起绝缘损坏的原因：
• 1)。各种形式的过电压(如雷击过电压或操作过电压)引起 的绝缘子、绝缘套管表面闪络；
• 2）。绝缘材料恶化等原因引起绝缘介质击穿；
• 3).恶劣的自然条件及鸟兽跨接裸露导体造成短路；
• 4）。运行人员的误操作等。
3。故障分类:
三相短路 对称短路
两相相短路
单相接地短路 不对称短路
两相接地短路

短路故障也称为横向故障

一相断线和两相断线 短路故障也称为横向故障
注:1。单相接地短路发生的几率达65%左右。
2。短路故障大多数发生在架空输电线路。
3.电力系统中在不同地点发生短路，称为多重短路。
4。标幺制的优点：
（1）线电压和相电压的标幺值相等；
(2）三相功率和单相功率的标幺值相等；
(3)能在一定程度上简化计算工作;
(4）计算结果清晰，易于比较电力系统各元件的特性和参数等。
5.暂态分量：（又称自由分量或非周期分量）是按指数规律不断衰减的电流，衰减的速度与时间常数成正比。
结论：① 三相短路电流的周期分量是一组对称正弦量,其幅值Im由电源电压幅值及短路回路总阻抗决定，相位彼此互差 1200；
② 各相短路电流的非周期分量具有不同的初始值，并按照指数规律衰减，衰减的时间常数为Ta
③ 非周期分量衰减趋于零，表明暂态过程结束，电路进入新的稳定状态。
6.最大的短路电流瞬时值称为短路冲击电流
7。短路冲击电流出现的条件
a、短路前电路为空载状态
b、短路回路的感抗X远大于电阻R，即
c、短路冲击电流，在短路发生后约半个周期，
即 0.01s （设频率为50Hz)出现。
式中：① KM 称为冲击系数，即冲击电流值相对于故障后周期电流幅值的倍数。
②其值与时间常数Ta 有关，通常取为1。8~1.9.
8。 短路全电流有效值用来校验设备的热稳定。
9。 短路功率主要用于校验开关的切断能力
10. 各绕组的磁链方程
由此可见，绕组的自感系数以及绕组间的互感系数,大部分是随角度的变化而周期性变化,求解发电机的运行状态十分不便。
11.派克变换就是将a、b、c三相电流、电压及磁链经过某种变换（变换的方法不唯一)转换成另外三组量,即d 轴、q 轴、零轴分量,完成了从a、b、c坐标系到d、q、o 坐标系的变换。
12. 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似，同样满足前面的理论分析。
13. 三相短路时，在强励装置的作用下，电势Eq 增加,发电机的端电压将逐渐恢复。若机端电压恢复到额定值，自动调节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的强励增量按照保持机端电压为额定值这一条件而变化。
13。小结(1）同步发电机各绕组的电压方程为一组变系数的微分方程；磁链方程则为感应系数随角度变化的代数方程.
（2）经过派克变换，建立了d、q、0坐标系统的发电机基本方程。将上述电压方程转化为常系数线性微分方程组，而磁链方程中的感应系数变为常数，只是定子等效绕组与转子绕组间的互感系数不可互易。这两组方程称为同步发电机的基本方程。
（3）通过选择适当的基准值,建立了同步电机基本方程的标幺制形式，解决了派克方程互感系数不可易的问题.
14。第三章引言:(1）短路电流基频交流分量的初始值，即次暂态电流：用于继电保护的整定计算、校验断路器的开断容量等；
（2）任意时该周期分量电流的有效值:用于电气设备热稳定性的校验；
(3）冲击电流：用于电气设备动稳定性的校验
15。 电动机一般情况下:⑴ 次暂态电抗可近似与起动电抗相等,其标幺值约为0。2；
⑵ 次暂态电势约为0.9；
⑶ 机端短路的交流电流初始值约为其额定电流的4。5倍。
16.一般情况下
a、如果电动机的次暂态电势大于机端电压，且电动机距离短路点较近，需要考虑其向短路点提供的反馈电流；
b、反之，则忽略电动机对短路电流的影响。
17。 (简答)复杂系统计算 复杂系统起始次暂态电流的计算原则与简单系统相同
计算步骤： ⑴ 作出短路电路图;
⑵ 计算各元件电抗标么值；
⑶ 根据短路点作出等值电路图;
⑷ 给元件编号，并标注于等值电路图；
⑸ 网络化简,求短路点的等值电抗 ;
⑹ 由求出短路点的短路电流；
⑺ 根据短路电流求取其它短路量，如
17.什么是计算电抗：归算到发电机额定容量的发电机纵轴次暂态电抗标幺值和发电机端到短路点的外接电抗标幺值之和。即：
18.运算曲线：短路电流周期分量标幺值与计算电抗标幺值（常略去下标＊）与时间t 的函数表达式：
⑴ 针对不同的时刻，绘制出与关系的曲线，即为计算曲线.
⑵ 当计算电抗时,短路点较远,短路电流周期分量的大小已与时间t的增加无关,发电机可以看作无限大功率的电源来处理，它的机端电压。即
19。 （简答）运算曲线的计算步骤：1、计算各电源电动势对短路节点间的转移电抗
2、按发动机额定功率为基准，将归算成各电源的计算电抗
3、按时刻 t 和 查运算曲线得到各电源送到短路点 f 的短路电流标么值;
4、求3中各电流有名值，故 。
注意：⑴ 必要时应作修正计算;⑵ 为化简计算，可将短路电流变化规律大致相同的发动机合并成等值机以减少计算工作量;⑶ 无限大功率母线,由直接求取.
20。转移阻抗:如果除电动势Ei以外,其它电动势皆为零，则Ei与此时f点的电流 的比值即为该电源与短路点间的转移阻抗 zif
对于一个含有任意多有限功率电源的线性网络，在某点 f 短路后，短路点电流为:
式中，——为某电源i 的电动势；——为某电源与短路点间的转移阻抗
21（概念）对称分量法—---—就是将一组不对称的三相相量分解为三组对称的三相相量,或者将三组对称的三相相量合成为一组不对称的三相相量的方法
21.注意：⑴ 对称分量法的实质是叠加原理在电力系统中的应用；
⑵ 只适用于线性系统的分析.
22.故障网络分解为三个独立的序网:⑴ 正序网 ⑵ 负序网 ⑶ 零序网
正序网:包含发电机的正序电源电势和故障点正序电压分量，网络中通过正序电流,对应的各元件阻抗皆为正序阻抗;
负序网:只有故障点电压的负序电势,网络中通过负序电流，对应的各元件阻抗为负序阻抗.
零序网：只有故障点电压的零序电势，网络中通过零序电流,对应的各元件阻抗为零序阻抗.
注意:中性线电流为三倍零序电流，故在单相零序网中接入3的接地阻抗
建立系统的电路模型时，一般可以：⑴ 忽略线路对地电容和变压器的励磁回路；
⑵ 高压电网可以忽略线路电阻;
⑶ 标幺值计算不考虑变压器的实际变比,认为变压器的变比 均为平均额定电压之比。
23.同步发电机各序磁场:1、正序：与三相对称短路情形相同;
2、零序：在三相绕组中产生大小相同的脉动磁场，不能在转子空间形成旋转磁场,而只形成各相绕组的漏磁场,从而对转子没有影响；
3、负序：在气隙中产生以同步速与转子旋转方向相反的旋转磁场，它与转子的相对速度为两倍同步频速，并在转子绕组中感生两倍频交流电流，进而产生两倍基频脉动磁场，可以分解为两个按不同方向旋转的旋转磁场。
24。 正序等效定则———是指在简单不对称短路的情况下，短路点电流的正序分量与在短路点 f 各相中接入附加电抗 而发生三相短路时的电流相等.
故障相电流可以写为：
25。表5—1 简单短路的及
简单不对称短路电流的计算步骤，可以总结为：
⑴ 根据故障类型,做出相应的序网；⑵ 计算系统对短路点的正序、负序、零序等效电抗；
⑶ 计算附加电抗;⑷ 计算短路点的正序电流；⑸ 计算短路点的故障相电流； ⑹ 进一步求得其他待求量.
26. 2. Y,d11接线变压器
⑴ Y侧施加正序电压，d侧电压超前Y侧电压300
⑵ 若在Y侧施加负序电压,d侧电压滞后于Y侧电压300
⑶ d侧的正序线电流超前Y侧正序线电流300；
⑷ d侧的负序线电流落后于Y侧负序线电流300。
图5-7 Y，d11变压器两侧电压相量

Y,d联接的变压器，在三角形侧的外电路中不含零序分量。
若负序分量由三角形侧传变到星形侧： ⑴ 正序分量顺时针方向转过300；⑵ 负序分量逆时针方向转过300 .
27.小结:(表5—1)（25）
1、电力系统的简单不对称故障,可以分为系统一点的短路故障及断线故障。其中，短路称为横向故障，断线称为纵向故障。
2、不对称故障的基本分析方法，是针对不同故障类型，根据故障点处的边界条件，绘制复合序网，寻找某相正、负、零序分量的关系，进一步求得故障点处的电压与电流。
3、正序等效定则: 发生不对称短路时，短路点正序电流与在短路点每相加入附加电抗而发生三相短路时的电流相等。
4、单相断线与非断线相两相短路接地的边界条件相似；而两相断线则与非断线相单相故障的边界条件相似，同样采用复合序网进行分析。
5、电力系统中发生不对称故障，除了求取短路点处的电流和电压外，还要计算非故障处的电流和电压.为此,可以先求得短路点处的各序电流、电压分量,然后将各序分量分别在各序网中进行分配，求得待求电量的各序分量，然后进行合成。需要特别注意正序、负序分量经过Y，d接线的变压器时相位的变化。
28. ① 对简单电力系统，当0º<δ<90º,时，电力系统可保持静态稳定运行，在此范围内, >0；而900〈δ<180º时，电力系统不能保持静态稳定运行，在此范围内,<0，由此得到电力系统静态稳定的实用判据为:
②发电机在一定的运行条件下可发出最大的功率，称为稳定功率极限：
③c点是发电机运行稳定与不稳定的临界点，实际运行时,要求发电机运行点与功率极限要有一定的距离，即保持有一定的稳定储备系数,以便系统有能力应付经常出现的一些干扰而不致丧失静态稳定。
29.静态稳定储备系数定义为
30。 （概念）电力系统暂态稳定是研究电力系统受到大的扰动后经过一个暂态过程能否达到新的稳定运行状态或恢复到原来的运行状态的能力。由大扰动引起的电力系统暂态过程是一个由电磁暂态过程和发电组转子机械运动暂态过程交织在一起的复杂过程。
31.(概念)负荷稳定性是电力系统中电压或频率微小变化时，负荷和电源的无功功率和有功功率能否保持平衡或恢复平衡。负荷稳定性和发电机组并列运行的稳定性密切相关，负荷稳定性的破坏会引起系统“电压崩溃”或“频率崩溃”，从而引起电力系统的瓦解.
32. （概念）静态频率特性是指频率缓慢变化或变化后进入稳态时，系统中有功功率随频率而变化的规律。
⑴ 电源的静态频率特性
电源的静态频率特性实际上也是原动机的静态频率特性,当不计频率二次调整时，电源静态频率特性如图7—8中1-2—3所示。当计及发电厂中一些重要厂用机械,如水泵、风机等的输出时，在较低频率范围内，电源有功功率随频率下降得更加迅速，如右图所示。
33.频率稳定的判据是
34. TJ的物理意义
在电力系统稳定计算时,TJ 不易从手册中直接查到，当全系统的功率基准值选为SB ，发电机自身额定功率为SN时， TJ 的归算值 ，一般汽轮发电机组的TJ为8~16s，水轮发电机组的TJ为4～8s，同步调相机的TJ为2～4s。
TJ的物理意义:当给发电机转子施加额定转矩后，其转子从静止状态达到额定转速所需的时间。
35. （概念)小扰动法原理是根据李雅普诺夫稳定性理论，以线性化分析为基础的分析方法。当受扰动系统的线性化微分方程组的特征方程式根的实部皆为负值时，该系统是稳定的；当受扰动系统的线性化微分方程特征方程式的根实部有正值时,该系统是不稳定的。
36。 （简答）应用小扰动法分析简单电力系统静态稳定的步骤
1、列出系统中描述各元件运动状态的微分方程组；
2、将以上非线性方程线性化处理，得到近似的线性微分方程组
3、根据近似方程式根的性质（根实部的正、负性或者零值）判断系统的稳定性。
37. 根据状态方程系数矩阵的特征值判断系统的稳定性
⑴ 当 时，p1,2为一个正实根和一个负实根，发电机相对于无限大系统非周期性失去同步，故系统是不稳定的。
⑵ 当时，p1，2为一对虚根，理论上作等幅振荡,系统同样不稳定。实际上，系统中由于阻尼作用，将作衰减的振荡，最后都稳定在初始值，系统恢复同步.
38. 阻尼作用对静态稳定的影响
总的阻尼功率可近似表示为
计及阻尼功率后，发电机转子运动方程
写成矩阵形式为
其特征方程为
解得 特征值 p具有负实部的条件为
⑴ 当，且时， p1,2 为两个负实根,系统在受到小扰动后，发电机的状态变量δ和ω将按指数函数规律衰减到初始值;
⑵ 当，但时, p1，2 为一对具有负实部的共轭复根，这时系统在受到小扰动后,发电机状态变量δ和ω将作衰减的振荡，最后稳定在初始值；
⑶ 当时,特征方程式的根 p1,2至少有一个是正实数或两个都为具有正实部的共轭复根,无论 为何值，系统都是不稳定的。
38。总之，装设自动励磁调节器使发电机的静态稳定性有了一定的提高。
39. （简答）减小元件电抗
1、减小发电机和变压器的电抗
2、减小线路电抗 直接减小线路电抗可用方法：⑴ 用电缆代替架空线;⑵ 釆用扩径导线或分裂导线.
3、提高线路的额定电压
4、釆用串联电容器补偿
5、改善系统的结构 ⑴ 增加输电线路的回路数,减小线路电抗。⑵ 加强线路两端各自系统的内部联系，减小系统等效电抗。
⑶ 在系统中间接入中间调相机或接入中间电力系统。
40故障切除后的运行方式一般情况下,以上三种运行方式下电抗之间有如下关系
则相应三种运行方式下，发电机输出的电磁功率之间的关系为
41。 等面积定则(定量计算）
1、发电机在加速期间，功角由移到时过剩转矩对转子所做的功为
转子在加速期间所储藏的动能增量等于面积Sabcd,这块面积称为加速面积。
2、在减速期间，由过程中,转子克服制动转矩消耗的有功为
转子在减速期间所消耗的动能等于面积Sdefg，这块面积称为减速面积。
一个暂态稳定的系统，发电机转子在加速过程中所获得的动能必须在减速过程中全部释放完，它的功角达到最大值， 这就是等面积定则。
既有
42。 极限切除角 临界角
应用前述公式即可求极限切除角δcm。 显然,为了保持系统的暂态稳定性,必须在功角δ<δc.lim前切除短路故障。如果切除角δ〉δcm时，意味着加速面积大于减速面积，运行点会越过k ′点而使系统失去同步。
43。等面积定则只限于分析简单系统的暂态稳定性，当功角特性可在平面坐标上表示时,才可用等面积定则确定极限切除角.
44。发电机转子运动方程的数值解法
为了保持电力系统的暂态稳定性，需要知道必须在多长时间内切除短路故障，即极限切除角δc.lim 对应的极限切除时间tc.lim,这就需要找出发电机受到大干扰后，转子相对角δ随时间t变化的规律,即δ =ƒ（t)曲线,此曲线称作摇摆曲线。
发电机转子运动方程是非线性的常微分方程，一般用数值计算方法求其近似解
数值计算方法:分段计算法和改进欧拉法。
45. （简答)提高系统暂态稳定性的措施
（1)快速切除短路故障
(2）釆用自动重合闸装置
（3）强行励磁
（4）快速减小原动机功率
（5）采用电气制动
（6）串联电容器的强行补偿
(7）变压器中性点以小电阻接地
（8）设置中间开关站