電力系統(tǒng)習(xí)題課2

電力系統(tǒng)習(xí)題課

電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

的基本概念

電力系統(tǒng)穩(wěn)定

電壓穩(wěn)定

頻率穩(wěn)定

功角穩(wěn)定

靜態(tài)穩(wěn)定（小干擾穩(wěn)定）

暫態(tài)穩(wěn)定

動(dòng)態(tài)穩(wěn)定

機(jī)電暫態(tài)過程暫態(tài)穩(wěn)定性：指系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后，各同步發(fā)電機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的穩(wěn)定運(yùn)行方式或恢復(fù)到原來穩(wěn)定運(yùn)行方式的能力。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性引起電力系統(tǒng)大擾動(dòng)的主要原因1、負(fù)荷的突然變化2、切除或投入系統(tǒng)的主要元件3、電力系統(tǒng)的短路故障三相短路引起的擾動(dòng)最大，如果系統(tǒng)能夠經(jīng)受住三相短路的擾動(dòng)，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性就不成問題；但是以三相短路作為暫態(tài)穩(wěn)定的條件很不經(jīng)濟(jì)，目前我國以不對(duì)稱短路作為研究基礎(chǔ)。暫態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算的基本假設(shè)1.電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)過程特點(diǎn)2.基本假設(shè)(1)忽略發(fā)電機(jī)定子電流的非周期分量和與之對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流的周期分量.(2)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí),不計(jì)零序和負(fù)序電流對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的影響.(3)忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機(jī)的附加損耗(4)不考慮頻率變化對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的影響(5)發(fā)電機(jī)采用E′恒定的簡化模型(不考慮發(fā)電機(jī)調(diào)速器的作用）發(fā)電機(jī)電磁功率急劇變化大擾動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化轉(zhuǎn)子上出現(xiàn)不平很轉(zhuǎn)矩功角變化簡單電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析1.三種運(yùn)行情況下的功率特性1.三種運(yùn)行情況下的功率特性

1）正常運(yùn)行情況1.三種運(yùn)行情況下的功率特性

2）短路情況1.三種運(yùn)行情況下的功率特性3）短路切除后情況1.三種運(yùn)行情況下的功率特性一般:XI<XIII<XII三、等面積定則和極限切除角轉(zhuǎn)子由δ0到δc運(yùn)動(dòng)時(shí)過剩轉(zhuǎn)矩所作的功為用標(biāo)么值計(jì)算時(shí)，因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏離同步轉(zhuǎn)速不大，ω≈1，于是此面積稱為加速面積，為轉(zhuǎn)子動(dòng)能的增量。三、等面積定則和極限切除角轉(zhuǎn)子由δc到δmax運(yùn)動(dòng)時(shí)過剩轉(zhuǎn)矩所作的功為此面積稱為減速面積，為動(dòng)能增量的負(fù)值，轉(zhuǎn)子動(dòng)能減少，轉(zhuǎn)速下降。三、等面積定則和極限切除角轉(zhuǎn)子由δc到δmax運(yùn)動(dòng)時(shí)過剩轉(zhuǎn)矩所作的功為此面積稱為減速面積，為動(dòng)能增量的負(fù)值，轉(zhuǎn)子動(dòng)能減少，轉(zhuǎn)速下降。三、等面積定則和極限切除角等面積定則：功角達(dá)到δmax時(shí)，加速過程中轉(zhuǎn)子動(dòng)能的增量在加速過程中全部耗盡，轉(zhuǎn)速恢復(fù)到同步轉(zhuǎn)速，即加速面積等于減速面積，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定。｜面積abcea｜=｜面積edfge｜根據(jù)等面積定則可求得轉(zhuǎn)子的最大搖擺角δmax三、等面積定則和極限切除角最小搖擺角δmin三、等面積定則和極限切除角穩(wěn)定條件：當(dāng)切除角δc一定時(shí)，有一個(gè)最大可能的減速面積dfs′e，若此面積大于加速面積，則系統(tǒng)能夠保持暫態(tài)穩(wěn)定，否則系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定。三、等面積定則和極限切除角極限切除角：加速面積等于最大可能的減速面積時(shí)的切除角。三、等面積定則和極限切除角極限切除時(shí)間：與極限切除角對(duì)應(yīng)的切除時(shí)間。通過求解轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程可得到與極限切除角對(duì)應(yīng)的極限切除時(shí)間五、提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的措施1.快速切除故障，2、自動(dòng)重合閘3、發(fā)電機(jī)強(qiáng)行勵(lì)磁4、快速關(guān)閉汽門5、電氣制動(dòng)6、變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小阻抗接地7、采用單元接線方式8、連鎖切機(jī)和切除部分負(fù)荷9、系統(tǒng)解列10、異步運(yùn)行和再同步變壓器的并聯(lián)運(yùn)行

并聯(lián)運(yùn)行定義：

將兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上的變壓器一、二次側(cè)分別接在各自的公共母線上，同時(shí)對(duì)負(fù)載供電的運(yùn)行方式。

一、變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件并聯(lián)運(yùn)行優(yōu)點(diǎn)：(1)提高供電可靠性；(2)提高運(yùn)行效率；(3)減少備用容量，便于擴(kuò)容。

并聯(lián)運(yùn)行的理想情況

(1)空載時(shí)，各臺(tái)變壓器一、二次繞組回路中沒有環(huán)流；

(2)負(fù)載時(shí)，各臺(tái)變壓器的負(fù)載系數(shù)相等，即各變壓器的負(fù)載分配與各自的額定容量成正比；

(3)負(fù)載時(shí)，各變壓器的負(fù)載電流同相位，這樣在總負(fù)載電流一定時(shí)，各變壓器分擔(dān)的電流值最小。并聯(lián)運(yùn)行的理想條件

(1)變比相同；

(2)連結(jié)組的組號(hào)相同；

(3)各臺(tái)變壓器的短路阻抗標(biāo)么值（或阻抗電壓）相等；且短路阻抗角相等（即各變壓器輸出電流同相位）。

變比不等時(shí)的并聯(lián)運(yùn)行假定兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，（2）、（3）滿足，（1）不滿足，且K1<K2空載時(shí)，電壓差：環(huán)流：兩變壓器折算到二次側(cè)的短路阻抗負(fù)載后，各自的負(fù)載電流：變比小的第一臺(tái)變壓器電流大，滿載；變比大的第二臺(tái)變壓器電流小，欠載。結(jié)論：

變壓器變比不等并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)環(huán)流。不僅要增加額外的銅損，也使變壓器的容量得不到充分利用。為此，需要限制環(huán)流。通常要求空載環(huán)流不超過額定電流的10%，一般應(yīng)使不應(yīng)大于1%X100%結(jié)論：

變壓器變比不等并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，會(huì)出現(xiàn)環(huán)流。不僅要增加額外的銅損，也使變壓器的容量得不到充分利用。為此，需要限制環(huán)流。通常要求空載環(huán)流不超過額定電流的10%，一般應(yīng)使不應(yīng)大于1%X100%

連接組別對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的影響變比相等，連接組別不同，則二次側(cè)的電壓大小相等，但相位不同。

以最小相位差的兩變壓器Y，y0和Y，d11為例：電壓差：

這樣大的電壓差產(chǎn)生的環(huán)流將超過額定電流的許多倍。組別差得多，電壓差越大，環(huán)流更大，會(huì)將變壓器燒毀。結(jié)論：連接組不同的變壓器絕對(duì)不允許并聯(lián)運(yùn)行。短路阻抗的標(biāo)幺值不等時(shí)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行變壓器理想并聯(lián)條件（1）、（2）滿足，（3）不滿足，即短路阻抗標(biāo)么值不等。并聯(lián)運(yùn)行時(shí)簡值等效電路結(jié)論：短路阻抗標(biāo)么值不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，短路阻抗標(biāo)么值小的變壓器先達(dá)到滿載。

變壓器并聯(lián)運(yùn)行由于短路阻抗標(biāo)么值不相等而將導(dǎo)致負(fù)載分配不均。短路阻抗標(biāo)么值愈小，負(fù)載系數(shù)愈大，愈容易過載。

為了使變壓器容量得到充分利用，要求各臺(tái)變壓器的短路阻抗標(biāo)么值差別不要太大。

在運(yùn)行規(guī)程中規(guī)定最大容量與最小容量之比不應(yīng)超過3∶1。結(jié)論：變壓器相間短路后備保護(hù)及過負(fù)荷保護(hù)變壓器相間短路的后備保護(hù)可采用過電流保護(hù)、低電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過電流保護(hù)或負(fù)序電流保護(hù)等。過電流保護(hù)

保護(hù)的起動(dòng)電流按躲過變壓器的最大負(fù)荷電流整定

3、變壓器的最大負(fù)荷電流的確定

（1）對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，應(yīng)考慮切除一臺(tái)變壓器后的負(fù)荷電流。當(dāng)各臺(tái)變壓器的容量相同時(shí)，可按下式計(jì)算：（2）對(duì)降壓變壓器，應(yīng)考慮負(fù)荷中電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)的最大電流。保護(hù)的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn)：

要求：作為近后備保護(hù)，取變壓器低壓側(cè)母線為校驗(yàn)點(diǎn)，要求Ksen=1.5～2.0；作為遠(yuǎn)后備保護(hù)，取相鄰線路末端為校驗(yàn)點(diǎn)，要求Ksen≥1.2。

5、保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限

應(yīng)比相鄰元件保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限大一個(gè)階梯時(shí)限△t。低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)保護(hù)的啟動(dòng)元件包括電流繼電器和低電壓繼電器，只要當(dāng)電流元件和電壓元件同時(shí)動(dòng)作后，才能起動(dòng)時(shí)間繼電器經(jīng)預(yù)定時(shí)間后，起動(dòng)出口中間繼電器動(dòng)作與跳閘。

（1）電流元件的起動(dòng)電流按躲過變壓器的額定電流整定（2）低電壓元件的起動(dòng)電壓應(yīng)小于正常運(yùn)行時(shí)最低工作電壓，同時(shí)，外部故障切除后，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過程中，它必須返回。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通常用4、靈敏系數(shù)校驗(yàn)

（1）電流元件的靈敏系數(shù)校驗(yàn)

與過電流的校驗(yàn)相同

（2）電壓元件的靈敏系數(shù)按下式校驗(yàn)：復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)保護(hù)由三部分組成：

電流元件、電壓元件（含負(fù)序電壓繼電器KVN和低電壓繼電器KV）、時(shí)間元件。

裝置動(dòng)作情況如下：

（1）當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱短路時(shí)，故障相電流繼電器動(dòng)作，同時(shí)負(fù)序電壓繼電器動(dòng)作，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開，致使低電壓繼電器KV失壓，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，起動(dòng)閉鎖中間繼電器KM。相電流繼電器通過KM常開觸點(diǎn)起動(dòng)時(shí)間繼電器KT，經(jīng)整定延時(shí)起動(dòng)信號(hào)和出口繼電器，將變壓器兩側(cè)斷路器斷開。

（2）當(dāng)發(fā)生對(duì)稱短路時(shí)，由于短路初始瞬間也會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的負(fù)序電壓，KVN也會(huì)動(dòng)作，使KV失去電壓。當(dāng)負(fù)序電壓消失后，KVN返回，動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合，此時(shí)加于KV線圈上的電壓已是對(duì)稱短路時(shí)的低電壓，只要該電壓小于低電壓繼電器的返回電壓KV不致于返回，而且KV的返回電壓是其起動(dòng)電壓的Kre（大于1）倍，因此，電壓元件的靈敏度可提高Kre倍。復(fù)合電壓啟動(dòng)的過流保護(hù)在對(duì)稱短路和不對(duì)稱短路時(shí)都有較高的靈敏度。

負(fù)序電壓繼電器的起動(dòng)電壓按躲開正常運(yùn)行情況下負(fù)序電壓濾過器輸出的最大不平衡電壓整定。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，取復(fù)合電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)由于負(fù)序電壓繼電器的整定值較小，因此對(duì)于不對(duì)稱短路，其靈敏系數(shù)較高。

(2)對(duì)于對(duì)稱短路，電壓元件的靈敏性可提高1.15～1.2倍。

(3)由于保護(hù)反應(yīng)負(fù)序電壓，因此對(duì)于變壓器后的不對(duì)稱短路，與變壓器的接線方式無關(guān)。負(fù)序過電流保護(hù)2、保護(hù)裝置組成

由電流繼電器和負(fù)序電流濾過器Z以及一套低電壓啟動(dòng)的過電流保護(hù)組成。

3、負(fù)序電流保護(hù)的起動(dòng)電流按以下條件選擇。

(1)躲開變壓器正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序電流濾過器出口的最大不平衡電流，其值一般為(0.1～0.2)IN.T

(2)躲開線路一相斷線時(shí)引起的負(fù)序電流。

(3)與相鄰元件上的負(fù)序電流保護(hù)在靈敏度上配合。33．關(guān)于同步發(fā)電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)，下面正確的是（A）A．所有同步發(fā)電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)都是隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)周期性變化的B．隱極式同步發(fā)電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)是常數(shù)C．凸極式同步發(fā)電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)是常數(shù)D．所有同步發(fā)電機(jī)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感系數(shù)都是常數(shù)答案提示：1.定子各相繞組的自感和定子繞組之間的互感