電力系統(tǒng)暫態(tài)分析Chap3J-重慶大學電氣工程學院趙淵

1、1第三章 電力系統(tǒng)三相短路實用計算n第一節(jié) 短路電流交流分量初始值計算n第二節(jié) 網(wǎng)絡的變換和化簡n第三節(jié) 復雜系統(tǒng)次暫態(tài)電流的計算機算法n第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算其他時刻短路電流交流分量的計算n學時：學時：5 5n本章作業(yè)本章作業(yè)：2第一節(jié) 短路電流交流分量初始值計算n元件模型元件模型n同步發(fā)電機模型同步發(fā)電機模型 采用次暫態(tài)電勢和次暫態(tài)電抗等值，并認為這兩個參數(shù)在短路后恒定不變，故短路交流電流初始值的計算實質(zhì)是求解三相對稱穩(wěn)態(tài)交三相對稱穩(wěn)態(tài)交流電路的計算問題流電路的計算問題 近似認為次暫態(tài)電勢短路前后不變，如果計算中忽略負荷（短路前為空載狀態(tài)），則次暫態(tài)電勢均取額定電壓，即標幺

2、值為1且同相位短路點遠離電源時發(fā)電機端母線可看作恒定電壓源（額定電壓）n調(diào)相機模型調(diào)相機模型等值模型和同步發(fā)電機一樣如果短路前為欠激運行（進相狀態(tài)，吸收無功），次暫態(tài)電勢將小于端電壓，故只有在短路后端電壓小于次暫態(tài)電勢時，調(diào)相機才送出短路電流000Ix jUEd 3第一節(jié) 短路電流交流分量初始值計算n元件模型元件模型n同步電動機模型同步電動機模型等值模型和同步發(fā)電機一樣n線路變壓器模型線路變壓器模型忽略線路對地電容和電導忽略變壓器勵磁支路忽略高壓電網(wǎng)電阻不考慮變壓器實際變比，認為變壓器變比為平均額定電壓之比n綜合負荷綜合負荷不計負荷，短路前按空載狀況確定次暫態(tài)電勢計及負荷，應用潮流計算所得機端

3、電壓和發(fā)電機注入功率計算次暫態(tài)電勢，短路后負荷近似用恒定阻抗表示0000*0iidiiiPjQEUjxU2000DiDiDiDiUzPjQ4第一節(jié) 短路電流交流分量初始值計算0000EEUjx In元件模型元件模型n異步電動機模型異步電動機模型異步電動機在失去電源后能夠提供短路電流是機械慣性和電磁慣性作用的結果 遠離短路點的異步電動機按綜合負荷模型處理異步電動機沒有勵磁電源，短路后的交流分量最終衰減至零，且轉子電阻相對電抗較大，故交流電流衰減很快短路點附近能顯著提供短路電流的大中型異步電動機，其次暫態(tài)電勢為：220000000(sin)(cos)EEUIxIx000sinUIx5第一節(jié) 短路電

4、流交流分量初始值計算n正常情況下 (電網(wǎng)提供產(chǎn)生磁場所需無功功率)n發(fā)生三相短路后：n只有當端電壓（殘壓） E0時，不會向系統(tǒng)供給短路電流。00UE直接接在短路點，殘壓 3.45時，認為發(fā)電機遠離短路點，近似認為發(fā)電機端電壓在短路過程中保持不變，故短路周期電流的幅值不隨時間而變，可直接計算：*( )()1/ppjsItItx 第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算n 曲線分成二類：汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機曲線分成二類：汽輪發(fā)電機和水輪發(fā)電機n 當時間t4S認為進入穩(wěn)態(tài)*(4)(4)ppItIx xjsjs=x=xd d+x+xT T+x+xL LGdx53網(wǎng)絡的化簡與電源合并網(wǎng)絡的化簡與電源合并

5、1、網(wǎng)絡化簡忽略綜合性負荷（xjs與負荷無關）化簡成完全網(wǎng)形電路（只含電源點和短路點）略去電源點之間的轉移阻抗將各發(fā)電機轉移電抗按其額定功率歸算，即為計算電抗2、電源分組合并的依據(jù)發(fā)電機特性（類型和參數(shù)）：離短路點很近時，發(fā)電機本身特性對短路電流變化規(guī)律起決定作用對短路點的電氣距離：離短路點遠時，轉移電抗數(shù)值大，發(fā)電機自身參數(shù)不同引起短路電流變化規(guī)律的差異將削弱。與短路點電氣距離相差不大的同類型發(fā)電機可合并；遠離短路點的同類型發(fā)電廠可合并；直接接于短路點的發(fā)電機（或發(fā)電廠）應單獨考慮無限大電源，單獨計算（不衰減；不查表）第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算54（1）繪制等值網(wǎng)）繪制等值網(wǎng)n選

6、取基準功率SB和基準電壓 n發(fā)電機電抗用 ，略去網(wǎng)絡各元件的電阻、輸電線路的電容和變壓器的勵磁支路n無限大功率電源的內(nèi)電抗等于零n略去綜合負荷（2）進行網(wǎng)絡變換）進行網(wǎng)絡變換n按照電源合并的原則，將網(wǎng)絡中的電源合并成干組，每組用一個等值發(fā)電機代表n無限大功率電源另成一組n求出各等值G對短路點的轉移電抗xfi；無限大功率電源對短路點的轉移電抗xfsBavUUdx 第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算計算曲線法的計算步驟計算曲線法的計算步驟55（3）將前面求出的轉移電抗按各相應的等值發(fā)電機的容量進行）將前面求出的轉移電抗按各相應的等值發(fā)電機的容量進行歸算，得到各等值發(fā)電機對短路點的計算電抗歸算，

7、得到各等值發(fā)電機對短路點的計算電抗第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算計算曲線法的計算步驟計算曲線法的計算步驟BNifiijsSSxx.), 2 , 1(gi等值電源等值電源i的額定容的額定容量量（所合并發(fā)電機（所合并發(fā)電機容量之和）容量之和）（4）由由xjsi 根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€找出指定時刻根據(jù)適當?shù)挠嬎闱€找出指定時刻t t等值發(fā)電機等值發(fā)電機i i提供提供的短路周期電流的標幺值的短路周期電流的標幺值I Iptipti*（5）網(wǎng)絡中無限大功率電源供給的短路電流周期分量是不衰減網(wǎng)絡中無限大功率電源供給的短路電流周期分量是不衰減的，并由下式確定的，并由下式確定*1/psfsIx56第四節(jié) 其

8、他時刻短路電流交流分量的計算從運算曲線上查出的電流是以相應發(fā)電機額定容量為基準從運算曲線上查出的電流是以相應發(fā)電機額定容量為基準的標么值，計算短路點總電流時不可直接相加，必須歸算的標么值，計算短路點總電流時不可直接相加，必須歸算到同一基準功率或算出有名值后再相加。到同一基準功率或算出有名值后再相加。*3BffavSIIU1231*2*3*333NNNfptptptavavavSSSIIIIUUU1231*2*3*NNNfptptptBBBSSSIIIISSS或或57無限大功率電源提供的短路電流為無限大功率電源提供的短路電流為. *133gNiBfpt ipsiavavSSIIIUU*3Bpsp

9、sBpsavSIIIIU第第i臺等值發(fā)電機提供的短路電流為臺等值發(fā)電機提供的短路電流為. *. *3Nipt ipt iNipt iavSIIIIU短路點周期電流的有名值為短路點周期電流的有名值為第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算58 例例4 4 在圖所示的電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠在圖所示的電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠A A和和B B都是火電廠，各元件的參數(shù)如下：都是火電廠，各元件的參數(shù)如下：發(fā)電機發(fā)電機G-1G-1和和G-2G-2：每臺：每臺31.25MVA31.25MVA； =0.13=0.13。發(fā)電廠。發(fā)電廠B B ：235.3MVA235.3MVA， =0.3=0.3。變壓器變壓器T-1T-1和和

10、T-2T-2：每臺：每臺20MVA20MVA， 。線路。線路L L：2 2100km100km，每回，每回0.4 0.4 。試。試計算計算f f點發(fā)生短路時點發(fā)生短路時0.5s0.5s和和2s2s的短路周期電流。分以下兩種情況考慮的短路周期電流。分以下兩種情況考慮：（：（1 1）發(fā)電）發(fā)電機機G-1G-1，G-2G-2及發(fā)電廠及發(fā)電廠B B各用一臺等值機代表；（各用一臺等值機代表；（2 2）發(fā)電機）發(fā)電機G-2G-2和發(fā)電廠和發(fā)電廠B B合并為一合并為一臺等值機。臺等值機。dxdx%10.5sVkm第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算59解 （一）制訂等值網(wǎng)絡及進行參數(shù)計算選取 =100MV

11、A， 。計算各元件參數(shù)的標幺值。發(fā)電機G-1和G-2變壓器T-1和T-2發(fā)電機B線路LBSBavVV121000.130.41631.25xx451000.1050.52520 xx31000.30.127235.3x 6211000.4 1000.1512115x 30.12760.15140.52510.41650.52520.416第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算系統(tǒng)等值電抗的計算系統(tǒng)等值電抗的計算60BG2G1（二）計算各電源對短路點的轉移電抗和計算電抗（1）發(fā)電機G-1、G-2和發(fā)電廠B各用一臺等值機代表。發(fā)電機G-2對短路點的轉移電抗為發(fā)電廠B對短路點的轉移電抗為發(fā)電機G-1

12、對短路點的轉移電抗2(0.4160.525)0.5250.4160.5250.5253.2430.1270.151fx(0.1270.151)0.5250.1270.1510.5250.9580.4160.525fsx30.12760.15140.52510.41650.52520.416第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算1G2GB10.416fx61BG2G1電源的計算電抗如下2233131.25235.31.013,2.254,0.13100100jsfjsfjsxxxxx（2）發(fā)電機G-2和發(fā)電廠B合并，用一臺等值機表示時計算電抗為(2/3)(0.4160.525)/ /(0.127

13、0.151)0.5250.74fx(2/3)31.25235.30.741.97100jsx第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算62第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算（三）查汽輪發(fā)電機計算曲線數(shù)字表，將結果記入下表。表表1 1 短路電流計算結果短路電流計算結果時間/s電流值短路電流來源G-2與B合并短路點總電流/KAG-1G-2B120.5標幺值3.9180.9440.4530.515有名值/KA11.2202.7049.76812.5823.69323.8002標幺值2.8011.0330.4580.529有名值/KA8.0222.9589.87612.9220.85620.94263

14、（四）計算短路電流的有名值歸算到短路處電壓級的各等值機的額定電流分別為1232331.252.86436.3235.321.56436.324.428NNNNNIIKAKAIKAKAIIKA第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算64. *. *. *13333Nipt ipt iNipt iavBpspsBpsavgNiBfpt ipsiavavSIIIIUSIIIIUSSIIIUU第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算算出各電源送到短路點的實際電流值及其總和，將結果列入上表中。算出各電源送到短路點的實際電流值及其總和，將結果列入上表中。表中短路點總電流的兩列數(shù)值分別對應于例題所給的兩種計算條

15、件。表中短路點總電流的兩列數(shù)值分別對應于例題所給的兩種計算條件。 對比兩種條件下所得計算結果可知，將發(fā)電機對比兩種條件下所得計算結果可知，將發(fā)電機G-2G-2同發(fā)電廠同發(fā)電廠B B合并合并為一臺等值機是適宜的。為一臺等值機是適宜的。利用公式利用公式（第i臺等值發(fā)電機提供的短路電流）（無限大功率電源提供的短路電流）（短路點周期電流的有名值）65 電力系統(tǒng)接線圖如圖所示。試分別計算電力系統(tǒng)接線圖如圖所示。試分別計算f1f1點和點和f2f2點三相短路時點三相短路時0.2s0.2s和和1s1s的短路電流。各元件型號及參數(shù)如下：的短路電流。各元件型號及參數(shù)如下： 發(fā)電機發(fā)電機G-1G-1和和G-2G-2

16、：水輪發(fā)電機，每臺：水輪發(fā)電機，每臺257MVA257MVA， =0.2004=0.2004。發(fā)電機。發(fā)電機G-3G-3：汽輪發(fā)電機，汽輪發(fā)電機，412MVA412MVA， =0.296=0.296，變壓器，變壓器T-1T-1和和T-2T-2：每臺：每臺260MVA260MVA，=14.35=14.35。變壓器。變壓器T-3T-3：420MVA420MVA， =8=8。線路。線路L-1L-1：240km240km，x=0.411線路線路L-2L-2：230km230km，x=0.321 x=0.321 。線路。線路L-3L-3：90km90km，x=0.321 x=0.321 。系統(tǒng)。系統(tǒng)S-

17、1S-1和和S-2S-2容量無限大，容量無限大，x=0 x=0。dxdx%sV%sVkmkmkm第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算66解 （一）參數(shù)計算及網(wǎng)絡化簡（1）選 =1000MVA， ，作等值網(wǎng)絡并計算其參數(shù)，見圖（a）。（2）進行網(wǎng)絡化簡，作星網(wǎng)變換消去圖（a）中的節(jié)點a，算出發(fā)電機G-3到母線b的電抗為BSaavVV3(0.7180.348)(0.240.308)0.7180.3480.240.3082.5560.62bx第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算( )a(b)67系統(tǒng)S-2到母線b的電抗為這樣，便得到圖（a）所示的等值網(wǎng)絡。再將系統(tǒng)S-1和S-2合并，可得1.86

18、5/1.4870.827sbx 20.62(0.240.308)0.620.240.3081.4870.7180.348sbx第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算( )a68恒定電勢源，單獨處理：恒定電勢源，單獨處理：1/Xfs（二）轉移電抗和計算電抗的計算（1）短路發(fā)生在f1點。發(fā)電機G-1和G-2可以合并為一臺等值機，它對短路點的轉移電抗計算電抗為(1/2)11.3320.6662fx(1/2)22570.6660.3421000jsx發(fā)電機G-3的計算電抗為334121.0531000jsbxx第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算69 （2）短路發(fā)生在f2點。對于發(fā)電機G-1是直接機

19、端短路，必須單獨計算。發(fā)電機G-2，G-3以及系統(tǒng)S對短路點f2的轉移電抗可從圖（1）的等值網(wǎng)絡用星網(wǎng)變換消去節(jié)點b求得，利用公式2311111.3320.552()3.061.3320.5522.5560.82711112.5560.552()5.871.3320.5522.5560.82711110.8270.552()1.901.3320.5522.5560.827fffsxxx11mikinknjjnzz zz 第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算系統(tǒng)等值電抗的計算系統(tǒng)等值電抗的計算70四節(jié)點的星網(wǎng)變換，再四節(jié)點的星網(wǎng)變換，再將電源間電抗化簡掉將電源間電抗化簡掉各電源的計算電抗為1232572570.780.200,3.060.785100010004125.872.4181000jsjsjsxxx(1)第四節(jié) 其他時刻短路電流交流分量的計算系統(tǒng)等值電抗的計算系統(tǒng)等值電抗的計算71 （三）查計算曲線數(shù)字表求出短路周期電流的標幺值 對于發(fā)電機G-1和G-2用水輪發(fā)電機計算曲線數(shù)字表，對發(fā)電機G-3用汽輪發(fā)電機計算曲線數(shù)字表，系統(tǒng)提供的短路電流直接用轉移電抗公式計算。所得結果記入表2. （四）計算短路電流的有名值 （1）f