電力系統習題課 2

1、電力系統習題課 電力系統運行穩(wěn)定性電力系統運行穩(wěn)定性 的基本概念的基本概念 電力系統穩(wěn)定電力系統穩(wěn)定 電壓穩(wěn)定電壓穩(wěn)定 頻率穩(wěn)定頻率穩(wěn)定 功角穩(wěn)定功角穩(wěn)定 靜態(tài)穩(wěn)定（小干擾穩(wěn)定）靜態(tài)穩(wěn)定（小干擾穩(wěn)定） 暫態(tài)穩(wěn)定暫態(tài)穩(wěn)定 動態(tài)穩(wěn)定動態(tài)穩(wěn)定 機電暫態(tài)過程機電暫態(tài)過程 暫態(tài)穩(wěn)定性：暫態(tài)穩(wěn)定性：指系統受到指系統受到大擾動大擾動后，各同后，各同步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的穩(wěn)定步發(fā)電機保持同步運行并過渡到新的穩(wěn)定運行方式或恢復到原來穩(wěn)定運行方式的能運行方式或恢復到原來穩(wěn)定運行方式的能力。力。電力系統暫態(tài)穩(wěn)定性引起電力系統大擾動的主要原因引起電力系統大擾動的主要原因 1、負荷的突然變化 2、切除或投入系

2、統的主要元件 3、電力系統的短路故障三相短路引起的擾動最大，如果系統能夠經受住三相短路的擾動，則系統的穩(wěn)定性就不成問題；但是以三相短路作為暫態(tài)穩(wěn)定的條件很不經濟，目前我國以不對稱短路作為研究基礎。暫態(tài)穩(wěn)定分析計算的基本假設1.1.電力系統機電暫態(tài)過程特點電力系統機電暫態(tài)過程特點2.基本假設基本假設(1)(1)忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量和與之對應的轉子電流的周期分量忽略發(fā)電機定子電流的非周期分量和與之對應的轉子電流的周期分量. .(2)(2)發(fā)生不對稱故障時發(fā)生不對稱故障時, ,不計零序和負序電流對轉子運動的影響不計零序和負序電流對轉子運動的影響. .(3)(3)忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機的附加損

3、耗忽略暫態(tài)過程中發(fā)電機的附加損耗(4)(4)不考慮頻率變化對系統參數的影響不考慮頻率變化對系統參數的影響(5)(5)發(fā)電機采用發(fā)電機采用E E恒定的簡化模型恒定的簡化模型( (不考慮發(fā)電機調速器的作用）不考慮發(fā)電機調速器的作用）發(fā)電機電磁功發(fā)電機電磁功率急劇變化率急劇變化大擾動大擾動發(fā)電機轉發(fā)電機轉速變化速變化轉子上出現轉子上出現不平很轉矩不平很轉矩功角功角變化變化簡單電力系統暫態(tài)穩(wěn)定性分析1.1.三種運行情況下的功率特性三種運行情況下的功率特性1.三種運行情況下的功率特性1 1）正常運行情況）正常運行情況2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEP1.三種運行情況下的功率特

4、性2 2）短路情況）短路情況XXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP1.三種運行情況下的功率特性3 3）短路切除后情況）短路切除后情況21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP1.三種運行情況下的功率特性2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEPXXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP一般一般:X:XI IXXIIIIIIXXIIII三、等面積定則和極限切除角 轉子由轉子由0 0到到c c運動時過剩

5、轉矩所作的功為運動時過剩轉矩所作的功為cc adPMdW00用標么值計算時，因發(fā)電機轉速偏離用標么值計算時，因發(fā)電機轉速偏離同步轉速不大，同步轉速不大，11，于是，于是abcea)(00面積 ccdPPPdWIITa此面積稱為加速面積，為轉子動能此面積稱為加速面積，為轉子動能的增量。的增量。三、等面積定則和極限切除角 轉子由轉子由c c到到maxmax運動時過剩轉矩所作的功為運動時過剩轉矩所作的功為edfge)(maxmax面積 ccdPPMdWIIITb此面積稱為減速面積，為動此面積稱為減速面積，為動能增量的負值，轉子動能減能增量的負值，轉子動能減少，轉速下降。少，轉速下降。三、等面積定則和

6、極限切除角 轉子由轉子由c c到到maxmax運動時過剩轉矩所作的功為運動時過剩轉矩所作的功為edfge)(maxmax面積 ccdPPMdWIIITb此面積稱為減速面積，為動此面積稱為減速面積，為動能增量的負值，轉子動能減能增量的負值，轉子動能減少，轉速下降。少，轉速下降。三、等面積定則和極限切除角 等面積定則：等面積定則：功角達到功角達到maxmax時，加速過程中轉子動能的增時，加速過程中轉子動能的增量在加速過程中全部耗盡，轉速恢復到同步轉速，即加速量在加速過程中全部耗盡，轉速恢復到同步轉速，即加速面積等于減速面積，系統能面積等于減速面積，系統能 夠穩(wěn)定。夠穩(wěn)定。max00)()( ccd

7、PPdPPWWIIITIITba面積面積abceaabcea= =面積面積edfgeedfge 根據等面積定則可求得轉子根據等面積定則可求得轉子的的最大搖擺角最大搖擺角maxmax三、等面積定則和極限切除角 最小搖擺角最小搖擺角minminminmax0)()( SSdPPdPPIIITIIIT三、等面積定則和極限切除角 穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：當切除角當切除角c c一定時，有一個最大可能的減速一定時，有一個最大可能的減速面積面積dfsdfse e，若此面積大于加速面積，則系統能夠保持暫態(tài)，若此面積大于加速面積，則系統能夠保持暫態(tài)穩(wěn)定，否則系統暫態(tài)不穩(wěn)定。穩(wěn)定，否則系統暫態(tài)不穩(wěn)定。SccdPPdP

8、PIIITIIT 0)()(0三、等面積定則和極限切除角 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的切除角。：加速面積等于最大可能的減速面積時的切除角。crcc mIII mIIdPPdPPlimlim00)sin()sin(00mIImIIImIIcrmIIIcrcPPPPP0001limcoscos)(cosmIIIcrPP01sin三、等面積定則和極限切除角 極限切除時間：與極限切除角對應的切除時間。極限切除時間：與極限切除角對應的切除時間。通過求解轉子運動方程可得通過求解轉子運動方程可得到與極限切除角對應的極限到與極限切除角對應的極限切除時間切除時間五、提高電力系統暫態(tài)穩(wěn)

9、定性的措施1. 1. 快速切除故障，快速切除故障，2 2、自動重合閘、自動重合閘3 3、發(fā)電機強行勵磁、發(fā)電機強行勵磁4 4、快速關閉汽門、快速關閉汽門5 5、電氣制動、電氣制動6 6、變壓器中性點經小阻抗接地、變壓器中性點經小阻抗接地7 7、采用單元接線方式、采用單元接線方式8 8、連鎖切機和切除部分負荷、連鎖切機和切除部分負荷9 9、系統解列、系統解列1010、異步運行和再同步、異步運行和再同步變壓器的并聯運行變壓器的并聯運行 并聯運行定義：并聯運行定義： 將兩臺或者兩臺以上的變壓器一、二次側分別將兩臺或者兩臺以上的變壓器一、二次側分別接在各自的公共母線上，同時對負載供電的運行方式。接在各

10、自的公共母線上，同時對負載供電的運行方式。 一、一、 變壓器并聯運行的條件變壓器并聯運行的條件并聯運行優(yōu)點并聯運行優(yōu)點 ： (1)提高供電可靠性；提高供電可靠性；(2)提高運行效率；提高運行效率； (3)減少備用容量，便于擴容。減少備用容量，便于擴容。 并聯運行的理想情況并聯運行的理想情況 (1)空載時，各臺變壓器一、二次繞組回路中沒有環(huán)流；空載時，各臺變壓器一、二次繞組回路中沒有環(huán)流； (2)負載時，各臺變壓器的負載系數相等，即各變壓器負載時，各臺變壓器的負載系數相等，即各變壓器的負載分配與各自的額定容量成正比；的負載分配與各自的額定容量成正比； (3)負載時，各變壓器的負載電流同相位，這樣

11、在總負負載時，各變壓器的負載電流同相位，這樣在總負載電流一定時，各變壓器分擔的電流值最小。載電流一定時，各變壓器分擔的電流值最小。并聯運行的理想條件并聯運行的理想條件 (1)變比相同；變比相同； (2)連結組的組號相同；連結組的組號相同； (3)各臺變壓器的短路阻抗標么值（或阻抗電壓）各臺變壓器的短路阻抗標么值（或阻抗電壓）相等；且短路阻抗角相等（即各變壓器輸出電流相等；且短路阻抗角相等（即各變壓器輸出電流同相位）。同相位）。 變比不等時的并聯運行變比不等時的并聯運行 假定兩臺變壓器并聯運行，（假定兩臺變壓器并聯運行，（2）、（）、（3）滿足，（）滿足，（1）不滿足，且）不滿足，且K1K211

12、212212UUUUUkk 空載時，電壓差：空載時，電壓差：環(huán)流：環(huán)流：12ckkUIZZ 兩變壓器折算到二次側的短路阻抗兩變壓器折算到二次側的短路阻抗負載后，各自的負載電流：負載后，各自的負載電流：211cLIII 222cLIII 變比小的第一臺變壓器電流大，滿載；變比大的變比小的第一臺變壓器電流大，滿載；變比大的第二臺變壓器電流小，欠載。第二臺變壓器電流小，欠載。結論：結論： 變壓器變比不等并聯運行時，會出現變壓器變比不等并聯運行時，會出現環(huán)流。不僅要增加額外的銅損，也使變壓環(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，需要限器的容量得不到充分利用。為此，需要限制環(huán)流

13、。通常要求空載環(huán)流不超過額定電制環(huán)流。通常要求空載環(huán)流不超過額定電流的流的10%，一般應使，一般應使不應大于不應大于1%k - kk =k kX100%結論：結論： 變壓器變比不等并聯運行時，會出現變壓器變比不等并聯運行時，會出現環(huán)流。不僅要增加額外的銅損，也使變壓環(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)流不超過額定電制環(huán)流。通常要求空載環(huán)流不超過額定電流的流的10%，一般應使，一般應使不應大于不應大于1%k - kk =k kX100% 連接組別對并聯運行的影響連接組別對并聯運行的影響變比相等，連接組別

14、不同，則二次側的電壓大小相等，但相位變比相等，連接組別不同，則二次側的電壓大小相等，但相位不同。不同。 以最小相位差的兩變壓器以最小相位差的兩變壓器Y，y0和和Y，d11為例：為例：2221UUU 電壓差：電壓差：U 21U 22U 30 21212sin150.518UUU 這樣大的電壓差產生的環(huán)流將超過額定電流這樣大的電壓差產生的環(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，的許多倍。組別差得多，電壓差越大，環(huán)流更大，會將變壓器燒毀。會將變壓器燒毀。結論：連接組不同的變壓器絕對不允許并聯運行。結論：連接組不同的變壓器絕對不允許并聯運行。短路阻抗的標幺值不等時變壓器的并聯運行

15、短路阻抗的標幺值不等時變壓器的并聯運行變壓器理想并聯條件（變壓器理想并聯條件（1）、（）、（2）滿足，（）滿足，（3）不滿足，即短路）不滿足，即短路阻抗標么值不等。阻抗標么值不等。121212kkIIIIZIZ 并聯運行時簡值等效電路并聯運行時簡值等效電路11221212kkUUNNIINININNIZIZ 1122*kkIZIZ 1212*11:kkIIZZ 1212*11:kkIIZZ 結論：短路阻抗標么值不相等的變壓器并結論：短路阻抗標么值不相等的變壓器并聯運行時，短路阻抗標么值小的變壓器先達聯運行時，短路阻抗標么值小的變壓器先達到滿載。到滿載。 變壓器并聯運行由于短路阻抗標么值不變壓器

16、并聯運行由于短路阻抗標么值不相等而將導致負載分配不均。短路阻抗標么相等而將導致負載分配不均。短路阻抗標么值愈小，負載系數愈大，愈容易過載。值愈小，負載系數愈大，愈容易過載。 為了使變壓器容量得到充分利用，要為了使變壓器容量得到充分利用，要求各臺變壓器的短路阻抗標么值差別不要求各臺變壓器的短路阻抗標么值差別不要太大。太大。 在運行規(guī)程中規(guī)定最大容量與最小容在運行規(guī)程中規(guī)定最大容量與最小容量之比不應超過量之比不應超過31。結論：結論：變壓器相間短路后備保護及過負變壓器相間短路后備保護及過負荷保護荷保護 變壓器相間短路的后備保護可采用過電流保護、低電壓起動的過電流保護、復合電壓起動的過電流保護或負序

17、電流保護等。 過電流保護保護的起動電流按躲過變壓器的最大負荷電流整定保護的起動電流按躲過變壓器的最大負荷電流整定 3、變壓器的最大負荷電流的確定、變壓器的最大負荷電流的確定 （1）對并聯運行的變壓器，應考慮切除一臺變壓器后的負荷電流。當各臺變壓器的容量相同時，可按下式計算： （2）對降壓變壓器，應考慮負荷中電動機自起動時的最大電流。 保護的靈敏系數按下式校驗：保護的靈敏系數按下式校驗： 要求：作為近后備保護，取變壓器低壓側母線為校驗點，要求Ksen=1.52.0；作為遠后備保護，取相鄰線路末端為校驗點，要求Ksen1.2。 5、保護的動作時限、保護的動作時限 應比相鄰元件保護的最大動作時限大一

18、個階梯時限t。 低電壓啟動的過電流保護 保護的啟動元件包括電流繼電器和低電壓繼電器，只要當電流元件和電壓元件同時動作后，才能起動時間繼電器經預定時間后，起動出口中間繼電器動作與跳閘。 （1）電流元件的起動電流按躲過變壓器的額定電流整定 （2）低電壓元件的起動電壓應小于正常運行時最低工作電壓，同時，外部故障切除后，電動機起動的過程中，它必須返回。根據運行經驗，通常用 4、靈敏系數校驗 （1）電流元件的靈敏系數校驗 與過電流的校驗相同 （2）電壓元件的靈敏系數按下式校驗： 復合電壓啟動的過電流保護 保護由三部分組成： 電流元件、電壓元件（含負序電壓繼電器KVN和低電壓繼電器KV）、時間元件。 裝置

19、動作情況如下： （1）當發(fā)生不對稱短路時，故障相電流繼電器動作，同時負序電壓繼電器動作，其動斷觸點斷開，致使低電壓繼電器KV失壓，動斷觸點閉合，起動閉鎖中間繼電器KM。相電流繼電器通過KM常開觸點起動時間繼電器KT，經整定延時起動信號和出口繼電器，將變壓器兩側斷路器斷開。（2）當發(fā)生對稱短路時，由于短路初始瞬間也會出現短時的負序電壓，KVN也會動作，使KV失去電壓。當負序電壓消失后，KVN返回，動斷觸點閉合，此時加于KV線圈上的電壓已是對稱短路時的低電壓，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電壓的Kre（大于1）倍，因此，電壓元件的靈敏度可提高Kre倍。復合電壓啟動的過流保護在對稱短路和不對稱短路時都有較高的靈敏度。 負序電壓繼電器的起動電壓按躲開正常運行情況下負序電壓濾過器輸出的最大不平衡電壓整定。根據運行經驗，取 復合電壓啟動的過電流保護的優(yōu)點：(1)由于負序電壓繼電器的整定值較小，因此對于