2005電力系統(tǒng)暫態(tài)分析第三章.ppt

1、1,第三章 電力系統(tǒng)三相短路的實用計算,交流電流初始值計算 應(yīng)用運算曲線求任意時刻短路點的短路電流（交流分量有效值） 轉(zhuǎn)移阻抗及其求法 計算機計算復(fù)雜系統(tǒng)短路電流交流分量初始值的原理,2,由于使用快速保護(hù)和高速斷路器后，工程計算在多數(shù)情況下，只要求計算短路電流基頻交流分量（以后略去基頻二字）的初始值，即次暫態(tài)電流。工程上還通用一種運算曲線來近似計算短路后任意時刻的交流電流。,3,第一節(jié) 交流電流初始值計算,計算的條件和近似 發(fā)電機用 E”|0|、x”d表示 假設(shè)各電勢E”|0|同相 空載時可取 E”|0| =1。 不計接地支路、高壓網(wǎng)絡(luò)忽略電阻、變壓器變比為平均額定電壓之比、不計負(fù)荷（遠(yuǎn)離短路

2、點的支路電流有較大誤差），考慮電動機倒送電流（在短路點附近的大容量電動機） x”=1/Ist=0.2、 E”|0| =0.9 簡化后，計算得保守值 ，是純電抗網(wǎng)絡(luò)，且是已知電勢、求電流的直流電路問題,4,周期電流起始值的計算 1.直接法 短路電流是各電源提供電流之和； 第一步：用近似法作等值電路； 第二步：星網(wǎng)變換，消去中間節(jié)點 即：各電源用 表示，短路點接地，對短路點 作消去節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)化簡，得輻射形網(wǎng)絡(luò)，然后 第三步： ,5,復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中求某一支路電流采用戴維南定理 f,短路,正常,故障分量網(wǎng)絡(luò),2.疊加法：各電源接地，短路點施加正常電壓；求短路點等值阻抗 得：,6,例3-3：說明短路計算的基

3、本步驟 第一步：用近似法作標(biāo)幺值等值電路； 第二步：網(wǎng)絡(luò)化簡 串聯(lián)； 并聯(lián)；星網(wǎng)變換 對于疊加法：將電源接地，求等值電抗 對于直接法：保留電源節(jié)點和短路點，化為輻射形 網(wǎng)絡(luò) 解：1.由例3-3得等值網(wǎng)絡(luò)為： 第一步：作系統(tǒng)的等值電路。畫系統(tǒng)等值電路圖和作標(biāo)幺值計算.標(biāo)幺值計算采用近似法：,7,8,S1,G1合并：,星網(wǎng)變化的一般形式為：,消去節(jié)點n后，得兩兩相聯(lián)的新網(wǎng)絡(luò)，其任兩點間相聯(lián)的電抗為：,9,消去節(jié)點A，相關(guān)節(jié)點S1G1、f。新增支路xS1G1-、 xS1G1-f、x-f,10,消去節(jié)點B，相關(guān)節(jié)點S2、f。新增支路xS2-、xS2-f、x-f,11,節(jié)點f間的支路并聯(lián)：,12,電源S

4、1G1與S2合并,13,電源S1S2G1與G2合并，得圖（f），最后得等值電抗,短路電流標(biāo)幺值：,短路電流有名值：,14,名詞：短路容量, 由系統(tǒng)提供的短路容量估算系統(tǒng)電抗：, 由出口斷路器的遮斷容量S，估算系統(tǒng)電抗,15,第二節(jié) 應(yīng)用運算曲線求任意時刻短路點的短路電流（交流分量有效值）,、運算曲線的制定,50%,50%,參數(shù)：根據(jù)汽輪發(fā)電機（12200MW）、水輪發(fā)電機（12.5225MW），用誤差平方和最小為目標(biāo)，估計得標(biāo)準(zhǔn)電機參數(shù)：,16,應(yīng)用運算曲線計算短路電流的步驟： 1）網(wǎng)絡(luò)化簡，得到各電源點對短路點的轉(zhuǎn)移阻抗 2）求計算電抗（按發(fā)電機額定功率歸算） 3)查運算曲線得各電源送至短路

5、點電流的標(biāo)么值 4）求有名值 5）進(jìn)行有關(guān)的修正計算,17,第三節(jié)轉(zhuǎn)移阻抗及其求法 網(wǎng)絡(luò)化簡法： 單位電流法：對輻射形網(wǎng)絡(luò)最為方便,18,第四節(jié)計算機計算復(fù)雜系統(tǒng)短路電流交 流分量初始值的原理 等值網(wǎng)絡(luò) 根據(jù)疊加原理：短路分量=正常運行分量+故障分量 正常運行分量可由潮流計算得；空載條件下，E”=1, Uf|0|=1,19,20,21,短路點在線路上任意處的計算公式,f,lzjk (1-l)zjk,j,k,求網(wǎng)絡(luò)中新增一節(jié)點f情況下的節(jié)點阻抗矩陣的 第f列元素 Zf1 Zff Zfn 利用原節(jié)點阻抗矩陣元素時,網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點i注入單位電流，其余為零時，f點對地電壓,22,第四章 對稱分量法及電

6、力系統(tǒng)元件的 各序參數(shù)和等值電路,4-1 對稱分量法 三個不對稱相量可用三組對稱相量來表示,23,（a）正序分量；（b）負(fù)序分量；（c）零序分量,24, 三個不對稱相量可以分解為三組對稱相量,25,4-2 對稱分量法在不對稱故障分析中的應(yīng)用 三相阻抗的對稱分量 對于三相對稱元件，各序分量是獨立的。 三相靜止對稱元件：,26,27,三相對稱系統(tǒng)對稱分量變換為三個互不耦合的正、負(fù)、零序系統(tǒng)。,28,故障點電流、電壓的對稱分量,不對稱,將三相電流、電壓作對稱分量分解，由于三相對稱系統(tǒng)的對稱分量互不耦合,由戴維南等值，即,對稱,29,故障點的序電壓方程,是表征了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和故障前 運行方式的序電壓方程,

7、單相接地短路故障的相分量邊界條件：,用序分量表示為：,30,序電壓方程和邊界條件聯(lián)立求解,用對稱分量法分析電力系統(tǒng)的不對稱故障問題： 首先要列出各序的電壓平衡方程，或者說必須求得各序?qū)收宵c的等值阻抗，然后結(jié)合故障處的邊界條件，即可算出故障處a相的各序分量，最后求得各相的量。,31,序電壓方程和邊界條件的聯(lián)立求解可用復(fù)合序網(wǎng)（電路形式） 表示：,32,4-3 同步發(fā)電機的負(fù)序和零序電抗,等是正序電抗,一.同步發(fā)電機不對稱短路時的高次諧波（負(fù)序電流的影響）,短路電流,中包含周期分量和非周期分量，因不對稱短路, I不對稱。,由于定子回路不對稱和轉(zhuǎn)子繞組不對稱，定子I在定子回路中引起一系列 奇次諧波

8、，而轉(zhuǎn)子回路中引起一系列偶次諧波；定子i在定子回路中引起一系列偶次諧波，在轉(zhuǎn)子回路中引起一系列奇次諧波。,33,脈動磁場,這些高次諧波均由定子電流基頻負(fù)序分量所派生，而后者又與基頻 正序分量密切相關(guān)。所以，在暫態(tài)過程中，這些高次諧波分量和基頻正 序分量一樣衰減，至穩(wěn)態(tài)時仍存在。,周期分量電流I引起的高次諧波,34,脈動磁場,定子直流分量i引起的高次諧波,這些高次諧波分量與定子直流分量一樣衰減，最后衰減為零。,不對稱短路時，輸電線路中出現(xiàn)強大的高次諧波干擾； 施加負(fù)序電流（壓），機端不僅僅出現(xiàn)負(fù)序電壓（流）。,35,同步發(fā)電機的負(fù)序電抗,定義:,根據(jù)施加電壓、注入電流及不同的短路情況，可有,計及

9、遠(yuǎn)離機端的短路，因與外部電抗串聯(lián)，以上三式的結(jié)果接近。 實用計算中，取,36,同步發(fā)電機的零序電抗 零序電流只產(chǎn)生漏磁通，由于迭繞線圈，零序漏磁通 小于正序漏磁通。,發(fā)電機中性點通常是不接地的，即零序電流不能通過發(fā)電機，這時發(fā)電機的等值零序阻抗為無限大,37,4-4 異步電動機的負(fù)序和零序電抗,異步電動機等值電抗、電阻與轉(zhuǎn)差率關(guān)系曲線,突變狀態(tài)下的電抗相當(dāng) 于起動電抗,2s的轉(zhuǎn)差，也相當(dāng)于快 速變化的起動電抗,繞組為、Y接法，中線電流 （零序電流）=0,異步電動機的負(fù)序參數(shù)可以按轉(zhuǎn)差率為2s來確定,當(dāng)轉(zhuǎn)差率增加到一定值，特別在轉(zhuǎn)差率為12之間時，曲線變化很緩慢。 因此，異步電動機的負(fù)序參數(shù)可用

10、s=1，即轉(zhuǎn)子制動情況下的參數(shù)來代替， 即,38,4-5 變壓器的零序電抗和等值電路,當(dāng)在變壓器端點施加零序電壓時，其繞組中有無零序電流，以及零序電流的大小與變壓器三相繞組的接線方式和變壓器的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 一、雙繞組變壓器,零序電壓施加在Y、d側(cè),因在三相繞組端并聯(lián)施加零序電壓，端點等電位，故 ， 用阻抗表示為： 即開路。,結(jié)論1: 零序等值電路中，可不計d、Y側(cè) 及其后的電路。,39,YN/d接法變壓器,. YN側(cè)零序電流可流通; . d側(cè)繞組內(nèi)零序電流相成環(huán)流, 電壓完全降落在漏抗上; . d側(cè)外電路中零序電流=0; 表達(dá)以上三條的等值電路為：,結(jié)論2: YN/d 變壓器, YN側(cè)與外

11、電路連通, d側(cè)接地, 且與外電路 斷開。,40,YN/y接法變壓器,YN側(cè)有零序電流，y側(cè)無零序電流通路，等值電路為,41,YN/yn接法變壓器,II側(cè)因中性點接地, 提供了零序通路，等值電路為：,42,零序激磁電抗xm(0),對于由三個單相變壓器組成的三相變壓器組，每相的零序主磁通與 正序主磁通一樣，都有獨立的鐵芯磁路，因此，零序勵磁電抗與正 序的相等。對于三相四柱式（或五柱式）變壓器，零序主磁通也能在 鐵芯中形成回路，磁阻很小，即零序勵磁電抗的數(shù)值很大（也即勵 磁電流很?。?。以上兩種變壓器，在短路計算中都可以當(dāng)作xm0=， 即忽略勵磁電流，認(rèn)為勵磁支路斷開。,43,對于三相三柱式變壓器，

12、由于三相零序磁通大小相等，相位相同， 主磁通不能在鐵芯中構(gòu)成回路，而必須經(jīng)過氣隙由油箱壁中返回， 要遇到很大的磁阻，這時的勵磁電抗比正、負(fù)序等值電路中的勵 磁電抗小得多，在短路計算中，應(yīng)視為有限值，其值一般由實驗 方法確定，大致取xm0=0.31.0。,44,（1）YN，d（Y0/）接線變壓器,變壓器星形側(cè)流過零序電流時，在三角形側(cè)各相繞組中將感應(yīng)零序電勢，接成三角形的三相繞組為零序電流提供通路，電流在三角形繞組中形成環(huán)流，但流不到外電路上去見圖（a）。就一相而言，三角形側(cè)感應(yīng)的電動勢完全降落的該側(cè)的漏電抗上見圖（b），相當(dāng)于該側(cè)繞組短接，其零序等值電路見圖（c），零序電抗為,(a) (b)

13、(c),YN,d接線變壓器的零序等值電路圖 (a)零序電流的流通；(b)三角形側(cè)的零序環(huán)流； (c)零序等值電路,45,（2）YN，y（Y0/Y）接線變壓器,變壓器一次星形側(cè)流過零序電流，二次星形側(cè)各相繞組中將感應(yīng)零序電動勢。但因其中性點不接地，零序電流沒有通路，即二次星形側(cè)沒有零序電流見圖（a）。此時，變壓器對零序系統(tǒng)而言相當(dāng)于空載，零序等值電路如圖（b）所示，其零序電抗為,(a) (b),YN,y接線變壓器零序等值電路圖 (a)零序電流的流通；(b)零序等值電路,46,（3）YN，yn（Y0/Y0）接線變壓器,變壓器一次星形側(cè)流過零序電流，二次星形側(cè)各相繞組中將感應(yīng)零序電動勢。如與二次側(cè)相

14、連的電路還有另一個接地中性點，則二次繞組中將有零序電流流過，如圖（a）所示，等值電路如圖（b）所示。如果二次回路中沒有其他接地中性點，則二次繞組中沒有零序電流流通，此時，變壓器也相當(dāng)于空載，其零序電抗與YN，y接線的變壓器相同。,(a) (b),YN,yn接線變壓器零序等值電路圖 (a)零序電流的流通；(b)零序等值電路,47,綜上所述，對于三個單相變壓器組成變壓器組或其它非三相三柱式變壓器，由于xm0=，當(dāng)接線為YN，d和YN，yn（外電路有接地中性點）時，x0=xI+xII=x1；當(dāng)接線為YN，y時，x0=。對三相三柱式變壓器，由于xm0，需計入xm0的具體值。 如圖（a）所示，如果變壓器

15、星形側(cè)中性點經(jīng)阻抗zn接地，當(dāng)變壓器流過正序或負(fù)序電流時，三相電流之和為零，中性線中沒有電流通過，因此中性點的阻抗不需要反映在正、負(fù)序等值電路中。當(dāng)變壓器流過零序電流時，中性點阻抗上流過三倍零序電流，并產(chǎn)生相應(yīng)的電壓降，使中性點與地不同電位。由于等值電路是單相的，所以應(yīng)以3zn反映中性點阻抗見圖（b），也可以等效地將3zn同它所接入的該側(cè)繞組的漏抗相串聯(lián)，如圖（c）所示。,(a) (b) (c),中性點經(jīng)阻抗接地的YN,d變壓器及其等值電路圖,(a)中性點經(jīng)阻抗接地的YN,d變壓器；(b)等值電路之一；(c)等值電路之二,48,三繞組變壓器的零序等值電路,在三繞組變壓器中，為了消除三次諧波磁通

16、的影響，使變壓器的電動勢接近正弦波，一般總有一個繞組是連成三角形的，以提供三次諧波電流的通路。通常的接線形式為YN,d，y（Y0/Y）、YN，d，yn（Y0/Y0）和YN，d，d（Y0/）等。忽略勵磁電流后，它們的等值電路如下圖所示，因三繞組變壓器有一個繞組是三角形連接的，可以不計入xm0 。,49,(a) (b) (c),三繞組變壓器零序等值電路圖 (a)YN,d,y連接；(b)YN,d,yn連接；(c)YN,d,d連接,50,自耦變壓器,自耦變壓器一般用以聯(lián)系兩個中性點接地系統(tǒng)，它本身 的中性點一般也是接地的。自耦變壓器一、二次繞組都是星形（YN）接線。三繞組自耦變壓器的高壓、中壓繞組接成

17、Y0形，第三繞組（低壓繞組）接成三角形。這樣接法有利于消除由于鐵芯飽和引起的三次諧波，且第三繞組的容量通常比變壓器額定容量小。,51,52,4-6 輸電線路的零序阻抗和等值電路,三相架空輸電線路的零序電流流通圖,施加零序電壓，三相導(dǎo)線中流過零序電流 ，則經(jīng)導(dǎo)線的入地電流為 ，三相零序電流 的磁場在架空避雷線（架空地線）中的感應(yīng)電勢產(chǎn)生去磁的架空地線電流 ，地中電流 。電流回路與大地和架空地線有關(guān)，地中電流分布復(fù)雜。,53,1. 單根導(dǎo)線-大地回路（Carson導(dǎo)線）,計算模型為大地回路用虛構(gòu)的導(dǎo)線gg表示， 回路電阻：aa中，Ra = 導(dǎo)線交流電阻（查表得）,gg中，由Carson推導(dǎo)得：,回

18、路電抗：,Carson推導(dǎo)得：,單根導(dǎo)線大地回路的自阻抗為：,54,2.兩個“導(dǎo)線-大地”回路的互阻抗,互阻抗：,55,、單回路架空輸電線的零序阻抗,其中：,單回路架空輸電線的單相零序阻抗為：,56,一回輸電線路復(fù)雜的零序電流耦合及分布情況可用z（0）表示， z（0）是計及了大地和其他兩相同相位電流影響后的單相等值電 抗。 零序電流有助磁作用：,正序電流磁場相互削弱 零序電流磁場相互加強,57,二.雙回路架空輸電線的零序阻抗,平行雙回路,除各回路具有本身的單回路特性外，回路間還有磁的影響。 回路II三相零序電流對回路I中a相導(dǎo)線的互阻抗：,對于完全換位的輸電線路：,：互幾何均距,58,兩回路的支路電壓方程可寫為：,59,方程的等值電路形式如下。兩回輸電線路復(fù)雜的零序電流 耦合及分布情況可用具有耦合的電路表示：,該等值電路相當(dāng)與具有互感的支路。對于有一端公共點的 互感支路,它的一種用變壓器去互感的方法可簡化為：,然后可用星三角變換 的方法處理。,60,不對稱故障發(fā)生在線路中間，則可對于故障點兩側(cè)應(yīng)用等值電路。,故障回路一端斷開,一回線