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《电力系统分析II》
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电力系统三相短路电流的实用计算

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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。

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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。

 

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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

 

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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

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           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

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                                        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。

 

 

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