- 电力系统基本功能是为社会可靠提供质优价廉的电力。
- 电力系统质量指标包括电压幅值、频率、波形和可靠性。
- 发电机以额定转速需满足转子动力矩与阻力矩相等。
- 电力系统的发电、输电、配电和用电四个环节同时进行,是人类有历以来所建造的最大物理系统,是典型的大规模、非线性、事变动态系统。
同步发电机突然三相短路分析
同步发电机的基本方程
(一)发电机回路电压方程和磁链方程
设三相绕组电阻相等
ra=rb=rc=r
系数矩阵是对称矩阵,对角元素为绕组的自感系数,非对角元素为绕组间的互感系数。
派克变换及d.q.0坐标系统的发电机基本方程
其中的系数矩阵称为Park矩阵
它将定子a .b. c绕组中的电流变换为转子上d和q绕组中流过的电流id和iq及一个零轴孤立绕组中的电流
p为系数矩阵,称派克变换矩阵
派克变换矩阵p是可逆矩阵
磁链方程的坐标变换
电力系统基本功能是为社会可靠提供质优价廉的电力。
电力系统质量指标包括电压幅值.频率.波形和可靠性。
发电机以额定转速旋转需满足转子动力矩与阻力矩相等。
电力系统的发电.输电.配电和用电四个环节同时进行,是人类有史以来所建造的最大物理系统,是典型的大规模非线性,时变动态系统。
电流以接近光速(29.76万公里、每秒)且大量存储很不经济。因此,电力生产和消费需同时完成。
电力系统运行状态分为两种:稳态和暂态
1.稳态过程:运行参量持续地在运成,变化量较小
暂态
2.暂态变化:电力系统遭受扰动,如关键设备或输电线路故障,使发电机转子的动力矩和阻力矩失去平衡,系统中的电压.频率.电流等随时间大幅度变化。
暂态过程:电力系统各种暂态过程的过度时间差异非常大,如雷击过电压的过度过程是几十微妙.操作过电压的过度过程从几百微妙到100毫秒之间,而发电机转速和转子位置变化的暂态过程则可持续数十秒。
电力系统三相短路电流的实用计算
第二章 同步发电机突然三相短路分析
第二节
同步发电机稳态运行情况及暂态参数
理想发电机基本假设:
1.电子转子在结构上直轴和交轴完全对称;定子三相绕组完全对称。
2.定子电流在气隙中产生正弦分布的磁动势;转子绕组和定子绕组间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。
3. 电机的定子及转子具有光滑的表面。
4. 在暂态过程期间同步发电机转子保持同步转速
5. 电机铁芯部分的导磁系数为常数
6. 发生短路后励磁电压始终保持不变
7. 短路发生在发电机定子出现端口
一、 定子、转子各绕组磁轴、电流的正方向
定子各相绕组轴线的正方向作为各相绕组磁链的正方向。
励磁绕组和直轴阻尼绕组磁链的正方向与d轴正方向相同;
交轴阻尼绕组磁链的正方向与q轴正方向相同。
二、 磁链守恒原理及同步电机双反应原理
磁链守恒定理:
若回路由理想超导体构成,闭合回路中,其自感L原有磁链为在没有外电源时电路方程
根据磁链守恒定律,任何一个闭合的线圈,它的磁链在同一瞬间不能从一个数值跳变到另外一个数值,如果外界因素迫使线圈的磁链放生突变,该线圈将感应出一个自由电流分量
双反应原理;
同步发电机空载时,定子电流为零,空气隙中仅存在励磁电流建立的磁场,在发电机带负荷后,空气隙中除了转子磁场外,还存在着由定子三相电流产生的同步旋转电枢磁势,因此,空气隙中的磁势变成合成磁势,使空气下中原有的磁势的大小及位置均发生变化。
当电枢磁动势Fa作用于交直轴间的任意位置时,可以将其分解成直轴电枢反应分量Fad和交轴电枢反应分量Faq,分别求出交直电枢反应分量,然后把他们进行叠加,即双反应理论。
第二章 同步发电机突然三相短路分析
第一节 同步发电机空载情况下定子突然三相短路后的电流波形及分析
理想同步发电机
1. 电机导磁部分的导磁系数不变。即把同步发电机简化为一线性元件。
2. 电机转子在结构上对纵轴及横轴分别对称。
3.定子a、 b. c、三相绕组在空间互差120度,是完全对称而又相同的三个绕组。
4. 定子绕组沿定子作均匀分布。这样可使定子电流在空气隙中产生正弦分布的磁势,定子绕组与转子绕组间的互感磁通在空气隙中也按正弦分布。
同步发电机主要由定子和转子两个不减组成
励磁绕组通入if,转子周围建立磁场,定子绕组切割磁力线感应出三相电势
同步发电机突然三相短路,电枢绕组中的电流对转子绕组产生影响,定转子之间的电磁耦合使得暂态过程变得较为复杂
同步发电机在转子励磁绕组有励磁电流、定子回路开路即空载运行情况下,定子端口突然三相短路后实测的电流波形。
a、为短路电流中的直流分量,三相量大小不等,均按相同的指数规律衰减至零。
b。为交流分量,其峰峰值三相相等。幅值逐渐衰减至稳态值
定子三相短路励磁绕组电流出现、交流分量、新增直流分量
突然短路瞬间,定子短路电流及励磁回路的电流均不变
定子侧短路后三相绕组存在基频交流分享和直流分量
转子中存在直流分量和基频交流分量
短路电流:1.直流分量:三相不相等,衰减规律相同
交流分量:幅值衰减,2个时间常数,最终衰减至短路电流。
励磁电流1.直流电流:交流电流的对称轴线,最后衰减至if(o),衰减时间与定子交流分量相同
交流分量:最终衰减至零,衰减时间常数与定子直流分量衰减时间相同。
短路瞬间: 1.三相定子电流-0
2.励磁回路电流=if(o)
原因:感性回路磁链不突变,锻炼瞬间电流不突变。
第二节 无限大功率电源供电的三相短路电流分析
无限大容量电源
无限大功率 电源:电源的频率和电压在故障中保持恒定电源的内阻抗为零
重要特性:电源的端电压及频率在短路后的暂态过程中保持不变
电流暂态过程:1.周期分量 a、强制电流
b、稳态短路电流
2.非周期分量 a、自由电流
b、最后衰减为零
按平均额定电压之比计算(近似计算法)
选取SB UB
Ub=UAV---- 网络平均额定电压,比实际网络电压高5%。
UAV3.15 6.3 10.5 37 115 230 345 525 787
UN 3 6 10 35 110 220 330 500 750
第一章电力系统故障分析的基础知识
第一节 故障概述
电力系统的
故障:
1.简单故障---电力系统中某一处发生短路和断相故障的情况
2.复合故障---两个以上简单故障的组合
电力系统短路故障又称横向故障:
1. 三相对称短路
2.单相接地短路
3.两相短路
4、两相接地短路 属于不对称故障
电力系统断相故障又称纵向故障:
1、断一相故障
2、断两相故障
一、 短路故障类型
短路类型 示意图 符号 发生概率
三相 短路 f(3) 5%
li两相短路 f(2) 10%
单相短路接地 f (1) 65%
li两相短路接地 f(1.1) 20%
二、 短路的主要原因
根本原因:电气设备载流部分绝缘损坏
主要原因:
绝缘老化或受污染(油小桥、橡胶等自然老化、绝缘子受污)
自然资源(风、雨、雪、雷、电、鸟、兽、虫害)
人为原因(误操作(带负荷拉刀闸、未拆地线合刀闸)、放风筝、撞倒电杆、偷电线、故意短路、人为破坏、战争使用炸弹等)
例如:南方08年雪灾、南方电网2000多个变电所停运,36000多条输电线路损坏,铁路供电网停电(内燃机牵引缓解问题);
印尼2004年地震海啸,电力系统彻底摧毁:污染严重 工业城市发生大面积污闪。
三、端履的危害(电流增加、电压降低、阻抗减小)
a短路电流产生的电动力虽坏导体和电气设备
b、短路电流发热烧毁设备
c、短路电流产生电弧,引发火灾
d、短路引起电压下降,影响用户供电,严重时发生电压崩溃
e、短路会破坏电力系统稳定运行,造成大面积停电
f、不对称短路产生零序电流,干扰通讯线路
g、不对称短路产生的负序电流损坏电机
四、计算短路电流的目的
a、电力系统规划、设计、控制。保护配置
b、继电保护整定计算
c、发电厂、变电站设备选择
五、限制短路故障危害的措施
a、计算短路电流,检验设备的动、热稳定度
b、增加设备,减少短路电流
c、快速切除故障
d、缩小停电范围
e、采用自动重合闸
f、投入无功补偿装置
绪论
1.电力系统基本功能是为社会可靠提供质优价廉的电力。
2.电力系统质量指标包括电压幅值、频率、波形和可靠性。
3.发电机以额定转速旋转需满足转子动力矩与阻力矩相等、
4.电力系统的发电、输电、配电和用电四个环节同时进行,是人类有史以来所建造的最大物理系统,是典型的大规模、非线性、时变动态系统。
具有以下特点:
1.电流以接近光速流动(29.76万公里、每秒),且大量存储很不经济。因此,电力生产和消费需同时完成。
2.电力系统中没有安装控制交流电力传输功率的控制装置。每条输电线路的传输功率,按照发电机与负荷之间的租客分配。而不能像水、油、气传输系统一样,通过控制阀门来调节流量大小。
电力系统运行状态分为两种:稳态和暂态
稳态过程:运行参量持续地在某一平均值附近变化,变化量较小。
暂态过程:电力系统遭受扰动,如关键设备或输电线路故障,使发电机转子的动力矩和阻力矩失去平衡,系统中的电压、频率、电流等随时间大幅度变化。
电力系统各种暂态过程的过度时间差异非常大,如雷击过电压的过度过程是几十微秒、操作过电压的过度过程从几百微秒到100毫秒之间,而发电机转速和转子位置变化的暂态过程则可持续数十秒。
暂态过程分类
波过程:与运行操作(如开关动作)及雷击时的过电压有关,涉及电流、电压波的传播,过程最短暂(us--ms级)----高电压工程(绝缘子设计、放电研究)
电磁暂态过程:与短路断线等故障有关,涉及工频电流、电压幅值随时间的变化,持续时间较波过程长(ms--s)----故障分析
机电暂态过程:与系统振荡、稳定性破坏、异步运行等有关,涉及发电机组功率角、转速、系统频率、电压等随时间的变化,过程持续时间较长(s--m)----稳定分析
本课程主要介绍的内容:
电磁暂态过程、机电暂态过程
学习意义:电力系统规划设计、电力系统运行调度、系统的控制。继电保护装置等。