导图社区 国家电网考试——电力系统分析（暂态）
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电分暂态
基本知识
故障概述
定义
类型
原因
危害
电流升高
电压下降
失去稳定性
不对称短路
零序对通讯干扰
负序引起旋转电机转子发热
减小危害措施
限流电抗器
继保切除
短路计算目的
设计校验
选择装置
故障分类
形式分：短横，断纵
对称性
是否接地
发生故障地点数分
故障分析中各元件参数标幺值
发电机
变压器
线路
无限大电源三相短路分析
无限大功率电源：内阻抗小于10%短路阻抗
发生三项短路过渡过程
三相短路电流
结论
稳态电流幅值相等相差120
包含衰减的非周期分量（电感产生）
非周期分量起始越大，短路瞬时值越大
非周期分量
非周期分量起始值
最恶劣短路条件
短路前空载
x>>r差90
向量图74页
短路冲击电流和最大有效值电流
短路冲击电流：最恶劣时最大瞬时值电流，1/2个周期时产生
冲击系数
12mw以上发电机，km=1.9
发电厂高压母线短路时，km=1.85
其他情况为1.8
冲击电流对周期电流幅值的倍数
冲击电流用于检验设备的动稳定性（瞬间一个强力）
最大有效值电流
短路电流的有效值：周期内平均瞬时值的均方根
最大有效值电流：有效值的最大值，出现在半个周期内
三相短路的实用计算
内容
计算非无限大容量电源短路电流周期电量有效值，衰减
起始时的周期分量有效值
t=0
称为起始次暂态电流
任意时刻周期分量有效值（热稳定校验）
短路电流周期分量起始有效值的计算
假设条件
发电机：次暂态模型
各电网元件模型：只有电抗
异步电机：作为电源倒送电流
近似计算法：全部取平均额定电压
周期分量起始值计算
直接法
建模
化简
求和
叠加法
正常分量
故障分量
相加
短路电流周期分量任意时刻有效值的计算
运算曲线的编制
定义：给定发电机参数，短路点是关于距离和t的参数
编制条件
发电机在Un和额定负荷
50%负荷接于变压器高压侧
50%负荷接入系统，即在短路点外侧
运算曲线的注意事项
不须考虑负荷
分为汽轮机运算曲线和水轮机
电抗电流以发电机额定容量为基准点标幺值
电抗大于3.45按无限大电源处理
大于四秒取4秒时短路电流
步骤
设等值电路计算电抗标幺值
求各电源点转移电抗
求个电源电抗
查曲线得各电源送到短路点的短路电流标幺值
求电源和短路点的有名值
个别计算法和同一变换法
个别计算法
电源不合并
工作量大，误差小
同一变换法
把较远的电源合并，较近的不能合并
工作量小，误差大
对称分量法
定义：三相电路中，任意不对称的相量可以分解为三组对称相量
分析
把故障点等效成一个不对称电压源
按矩阵分解成正、负、零序
特点
三相电流之和不为零有零序电压，存在中线或中性点时才有零序电流
相电压有零序分量，线电流不存在零序电压
短路后，除短路点外其他部分依然对称，三相电流、电压基频交流分量不对称
应用
相互独立，无影响
序阻抗
三序等值网络与三序电压平衡方程
正序
负序
零序
同步发电机各序参数和等值电路
等值电路
负序阻抗
零序电抗
发电机为无限大（中性点不接地）
接地时：发电机零序电流只产生漏磁通
异步电机各序参数和等值电路
负序转差率2-Sn
为y或d，无穷大
输电线路的各序电抗
单回架空线各序电抗
物理意义：交流电流与线路交链磁通产生的感应电动势对电流对阻碍作用
交链：本线路自感磁通与另外两条线路互感构成
单回架空线：一个电线杆上3条线的那个
正序：去磁作用（公式）
负序：与正序磁场、电抗一致
零序：助磁作用—大于正负阻抗
几何均距越大，正负序电抗越大，零序越小
同杆双回路
双回：6:根线那个
物理意义：磁通综合作用产生的感应电动势对电流电阻碍作用
磁链=每回每项自感+本回与其他两回路互感+另一回路三相电流互感
正序、负序：单回路一样
零序：大于单回路
架空地线对各序电抗影响
正负序：无影响
零序：x0有<x0无（电流相反）
电缆线路
零序电流通过大地和保护层返回，保护层相当于架空地线
x0=(3.5-4.6)X1
限流电抗器各序电抗
结构
各序电抗：正负零序电抗相同
变压器的各序参数和等值电路
正序等值电路
三相短路计算只有正序分量——三相对称就只有正序分量
正序等值电路特点
与绕组接线方式无关
与中性点运行方式无关（中性点电压恒为零）
变压器励磁电抗（电感）与磁通成正比，与铁心结构无关（xm-∞）
负序等值电路
正负序电抗相同
零序等值电路特点
绕组接线方式
三角形（环流）或中性点不接地电抗
星型接地电流通过
零序等值电路
yn，y
产生零序感应电动势
中性点不接地
看看图
yn，yn
有其他yn则有回路，没有则与y结法相同
yn，d
y侧中性点有三倍零序电流
d侧有环流，流不出去
中性点经阻抗zn接线
zn有3倍零序电流流过
注意图形
三相变压器的零序阻抗xm0
yn，d，y接线
yn，d，yn接线
yn，d，d接线
自耦变压器的零序等值电路
联系两个中性点接地系统
本身的中性点接地
一二次侧（高中）为yn，第三绕组为d来消除铁心饱和引起的三次谐波
各序电抗的特点
静止元件
旋转原件
电力系统的三序网络
各序网络特点
中性点接地无电流，不会出现中性点电抗
发电机电动势为正序，为有源网络
各元件电抗为正序电抗
短路电根据边界条件产生的零序电压
中性点接地无电流，不会出现电抗
无缘网络
电抗为负阻抗
短路电根据边界条件产生的负序电压
中性点接地有电流流过，3zn出现
无源网络
电抗为零序电抗
边界条件产生负序电抗
正负序网络具有相同的拓扑结构，零序不同
绘制的原则
正序为有源网络，零、负序为无源网络
中性点接地电抗不出现在正、负序网络，以3xn出现在零序
空载线路和变压器不出现在正、负序网络，中性点接地则可能出现在零序网络，负荷中性点不接地，不出现在零序网络
不对称短路计算分析
分析思路
将电压电流分解成序分量
绘制三相等值电路，写出基本相三序电压方程
依据边界条件写出三个基本相序分量电压电流边界条件
得到复合序网，求出各序电压电流
利用对称分量法公式求解
找边界条件：找等于零，相等的量
各种不对称段路故障处短路电压和电流
单向金属接地短路
边界条件
负荷序网
故障处各序电压、电流
故障处电压、电流
负荷序网是正负零序网络串联
短路处基本相三序电流相等，故障相电流为正序电流三倍
x0<x1,故障相电流大于三相短路时电流
x0=∞，故障相电流为零
非故障相电压绝对值相等，大小与xo正关系，xo=∞，故障相电流为0
两相金属性短路
复合序网
故障处各序电压电流
故障处电压电流
正负序并联，零序开路
故障相电流 大小相等，方向相反，为故障正序电流大小根号三倍，为同一点三相短路电流跟3/2倍
非故障相电压保持不变，故障相电压为非故障相电压的一半，大小相等，方向相反
两相接地短路
正、负、零序并联
故障相电流大小相等，与x0成反比。
故障相电压与x0成正比
x0=0，非故障相电压为0
xo=∞，非故障相电压升高为1.5倍相电压
经过度阻抗不对称短路
单项
两相
两相短路
正序增广网络
不对称段路时非故障处的电流电压
电力网各序电压、电流的分布规律
电压
记图
电流
非故障处电压电流的计算
对称分量经变压器后的大小和相位变化
子主题
非全相运行的分析计算（断线）
基本概念：断线，纵向故障
对称分量法分析肥全相运行时
三相等值网络
电压平衡方程
一相断线
结论：类同于两相接地短路
两相断线
结论：类同于单项接地故障
非全相运行时的正序增广网络
电力系统稳定性
稳定性基本概念
电力系统运行状态极其分类
运行状态的表示决定因素
电压、电流、功率、功角、频率等参数表示
系统参数（电源电动势、电阻、电抗、变压器变比）
稳定运行状态：系统参数不变，运行参数保持不变
暂态过程及其分类
暂态过程：惯性元件的存在，需要一个过渡过程
类型及特点
波过程
大气、内部过电压引起
百分之几秒
电磁暂态过程
电压、电流变化
几秒
故障分析
机电暂态过程
发电机、电动机转速和功角变化
稳定性分析
电力系统稳定性问题
发电机同步运行稳定性
静态稳定性：小—原（自行）—原
暂态：大—原—新原
负荷静态稳定性：异步，小—自恢复原
电力系统电压静态稳定性：小—自恢复原
电力系统的扰动
定义：任何可以引起参数变化的因素
小扰动：微小变化
大扰动：大的变化
同步发电机转子运行方程
简单电力系统及其运行状态，121页图
发电机的转子运行方程
不计发电机阻尼作用
计及阻尼作用
简单电力系统同步发电机的功角特性（看图）
隐极机
凸极机
发电机并列运行稳定性分析
基本原理
静态，t—∞，功角还原
暂态，t—∞，功角—常数
特点：功角为非线性微分方程，难求解
转子运动方程的求解办法
暂态：数值解法
静态：小干扰法
电力系统静态稳定性
发电机并列运行（124页图）
静态稳定性概念
稳定性实用判据
静态稳定储备系数Kp及其要求
极限功率与极限功角
功角曲线的顶点
要求：正常情况下15-20%，事故情况下10%
负荷静态稳定性（125页异步电机负荷曲线）
概念：异步电机受到小干扰后，自动恢复到初始运行状态的能力
判据
电压静态稳定性（qu曲线）
概念：电力系统受到小干扰负荷无功与电源无功保持和恢复平衡的问题
电压稳定极限
电压稳定储备系数
概念
要求：Ku越大越系统电压越稳定
Ku正常时不下于10%—15%，事故时不小于8%
小干扰发分析稳定性（127）
建立转子方程
将方程展开为泰勒级数
求特征根
劳斯判据：特征方程根两个都位于左侧为稳定
保证稳定性措施
缩短电气距离（根本措施）
自动调节励磁装置，等效减少发电机的电抗：Xg
采用分裂导线：减小电抗
提高电力线路的Un：减小电抗
线路串联电容器：减小电抗
改善电力系统的结构
减小机械功率与电磁功率的差值：切除部分负荷
系统解列
电力系统暂态稳定性
基本概念
并列运行暂态稳定性：大干扰—消失—系统保持同步运行
大干扰及其类型
定义：造成系统参数大变化的事件
负荷大幅度变化
投、切主要元器件
断线
短路
暂态稳定性分析基本条件
只考虑正序电流分量的影响；非周期分量衰减快、负序相量相加为0；零序电流不会流入发电机
发电机用暂态电势E‘和暂态阻抗Xd’表示
忽略暂态过程中发电机的附加损耗
不考虑频率变化对电力系统参数的影响
不考虑原动机调速系统的作用
简单电力系统的暂态稳定性分析
功角特性
正常运行时的功角特性
短路时的功角特性
切除故障后的功角特性
扰动发生后发电机转子的相对运动
等面积定则及其应用
加速面积
减速面积
等面积准则
最大减速面积
简单电力系统稳定运行条件
极限故障切除角与切除时间
故障极限切除角
定义：加速面积=减速面积的故障切除角
稳态条件
故障极限切除时间
定义：极限切除角对应的时间
发电机转子方程的数值解法
目的：得到发电机受干扰过程中的转子摇摆曲线
求解方法：分段计算法和改进欧拉法
提高稳定性措施
快速切除故障
装设自动重合闸（增大减速面积）
强行励磁：增大Pm
快速减小原动机功率（减小加速面积）
电气制动（迅速投入一个负载消耗E—减小加速面积）
串联电容器强行补偿（故障切除时—增大减速面积）
变压器中性点小电阻接地（故障时—接地电阻消耗了部分电源功率—减小加速面积）
输电线路设置中间开关站
