電力系統(tǒng)分析基礎復習

電力系統(tǒng)分析基礎復習電力系統(tǒng)分析基礎復習/電力系統(tǒng)分析基礎復習1.產生短路故障的主要原因是：電力設備絕緣損壞引起絕緣損壞的原因：1).各種形式的過電壓（如雷擊過電壓或操作過電壓）引起的絕緣子、絕緣套管表面閃絡；2).絕緣材料惡化等原因引起絕緣介質擊穿；3).惡劣的自然條件與鳥獸跨接裸露導體造成短路；4).運行人員的誤操作等。3.故障分類：三相短路三相短路對稱短路兩相相短路單相接地短路不對稱短路兩相接地短路短路故障也稱為橫向故障短路故障也稱為橫向故障一相斷線和兩相斷線短路故障也稱為橫向故障注：1.單相接地短路發(fā)生的幾率達65%左右。2.短路故障大多數(shù)發(fā)生在架空輸電線路。3.電力系統(tǒng)中在不同地點發(fā)生短路，稱為多重短路。4.標幺制的優(yōu)點：（1）線電壓和相電壓的標幺值相等；（2）三相功率和單相功率的標幺值相等；（3）能在一定程度上簡化計算工作；（4）計算結果清晰，易于比較電力系統(tǒng)各元件的特性和參數(shù)等。5.暫態(tài)分量：（又稱自由分量或非周期分量）是按指數(shù)規(guī)律不斷衰減的電流，衰減的速度與時間常數(shù)成正比。結論：①三相短路電流的周期分量是一組對稱正弦量，其幅值Im由電源電壓幅值與短路回路總阻抗決定，相位彼此互差1200；②各相短路電流的非周期分量具有不同的初始值，并按照指數(shù)規(guī)律衰減，衰減的時間常數(shù)為Ta③非周期分量衰減趨于零，表明暫態(tài)過程結束，電路進入新的穩(wěn)定狀態(tài)。6.最大的短路電流瞬時值稱為短路沖擊電流7.短路沖擊電流出現(xiàn)的條件a、短路前電路為空載狀態(tài)b、短路回路的感抗X遠大于電阻R，即c、短路沖擊電流，在短路發(fā)生后約半個周期，即0.01s(設頻率為50Hz）出現(xiàn)。式中：①KM稱為沖擊系數(shù)，即沖擊電流值相對于故障后周期電流幅值的倍數(shù)。②其值與時間常數(shù)Ta有關，通常取為1.8~1.9。8.短路全電流有效值用來校驗設備的熱穩(wěn)定。9.短路功率主要用于校驗開關的切斷能力10.各繞組的磁鏈方程由此可見，繞組的自感系數(shù)以與繞組間的互感系數(shù)，大部分是隨角度的變化而周期性變化，求解發(fā)電機的運行狀態(tài)十分不便。11.派克變換就是將a、b、c三相電流、電壓與磁鏈經過某種變換（變換的方法不唯一）轉換成另外三組量，即d軸、q軸、零軸分量，完成了從a、b、c坐標系到d、q、o坐標系的變換。12.定子各相電流中包含有三種分量：基頻電流分量、非周期電流分量和倍頻電流分量，與無阻尼繞組電機相似，同樣滿足前面的理論分析。13.三相短路時，在強勵裝置的作用下，電勢Eq增加，發(fā)電機的端電壓將逐漸恢復。若機端電壓恢復到額定值，自動調節(jié)勵磁裝置即將該電壓維持在額定值。此時勵磁電流、空載電勢與定子電流的強勵增量按照保持機端電壓為額定值這一條件而變化。13.小結（1）同步發(fā)電機各繞組的電壓方程為一組變系數(shù)的微分方程；磁鏈方程則為感應系數(shù)隨角度變化的代數(shù)方程。（2）經過派克變換，建立了d、q、0坐標系統(tǒng)的發(fā)電機基本方程。將上述電壓方程轉化為常系數(shù)線性微分方程組，而磁鏈方程中的感應系數(shù)變?yōu)槌?shù)，只是定子等效繞組與轉子繞組間的互感系數(shù)不可互易。這兩組方程稱為同步發(fā)電機的基本方程。（3）通過選擇適當?shù)幕鶞手担⒘送诫姍C基本方程的標幺制形式，解決了派克方程互感系數(shù)不可易的問題。14.第三章引言：（1）短路電流基頻交流分量的初始值，即次暫態(tài)電流：用于繼電保護的整定計算、校驗斷路器的開斷容量等；（2）任意時該周期分量電流的有效值：用于電氣設備熱穩(wěn)定性的校驗；（3）沖擊電流：用于電氣設備動穩(wěn)定性的校驗15.電動機一般情況下：⑴次暫態(tài)電抗可近似與起動電抗相等，其標幺值約為0.2；⑵次暫態(tài)電勢約為0.9；⑶機端短路的交流電流初始值約為其額定電流的4.5倍。16.一般情況下a、如果電動機的次暫態(tài)電勢大于機端電壓，且電動機距離短路點較近，需要考慮其向短路點提供的反饋電流；b、反之，則忽略電動機對短路電流的影響。17.（簡答）復雜系統(tǒng)計算復雜系統(tǒng)起始次暫態(tài)電流的計算原則與簡單系統(tǒng)相同計算步驟：⑴作出短路電路圖;⑵計算各元件電抗標么值;⑶根據短路點作出等值電路圖；⑷給元件編號，并標注于等值電路圖；⑸網絡化簡，求短路點的等值電抗；⑹由求出短路點的短路電流；⑺根據短路電流求取其它短路量，如17.什么是計算電抗：歸算到發(fā)電機額定容量的發(fā)電機縱軸次暫態(tài)電抗標幺值和發(fā)電機端到短路點的外接電抗標幺值之和。即：18.運算曲線：短路電流周期分量標幺值與計算電抗標幺值（常略去下標*）與時間t的函數(shù)表達式：⑴針對不同的時刻，繪制出與關系的曲線，即為計算曲線。⑵當計算電抗時，短路點較遠，短路電流周期分量的大小已與時間t的增加無關，發(fā)電機可以看作無限大功率的電源來處理，它的機端電壓。即19.（簡答）運算曲線的計算步驟：1、計算各電源電動勢對短路節(jié)點間的轉移電抗2、按發(fā)動機額定功率為基準，將歸算成各電源的計算電抗3、按時刻t和查運算曲線得到各電源送到短路點f的短路電流標么值；4、求3中各電流有名值，故。注意：⑴必要時應作修正計算;⑵為化簡計算，可將短路電流變化規(guī)律大致相同的發(fā)動機合并成等值機以減少計算工作量;⑶無限大功率母線，由直接求取。20.轉移阻抗：如果除電動勢Ei以外，其它電動勢皆為零，則Ei與此時f點的電流的比值即為該電源與短路點間的轉移阻抗zif對于一個含有任意多有限功率電源的線性網絡，在某點f短路后，短路點電流為：式中，——為某電源i的電動勢；——為某電源與短路點間的轉移阻抗21（概念）對稱分量法就是將一組不對稱的三相相量分解為三組對稱的三相相量，或者將三組對稱的三相相量合成為一組不對稱的三相相量的方法21.注意：⑴對稱分量法的實質是疊加原理在電力系統(tǒng)中的應用；⑵只適用于線性系統(tǒng)的分析。22.故障網絡分解為三個獨立的序網：⑴正序網⑵負序網⑶零序網正序網：包含發(fā)電機的正序電源電勢和故障點正序電壓分量，網絡中通過正序電流，對應的各元件阻抗皆為正序阻抗；負序網：只有故障點電壓的負序電勢，網絡中通過負序電流，對應的各元件阻抗為負序阻抗。零序網：只有故障點電壓的零序電勢，網絡中通過零序電流，對應的各元件阻抗為零序阻抗。注意：中性線電流為三倍零序電流，故在單相零序網中接入3的接地阻抗建立系統(tǒng)的電路模型時，一般可以：⑴忽略線路對地電容和變壓器的勵磁回路;⑵高壓電網可以忽略線路電阻;⑶標幺值計算不考慮變壓器的實際變比，認為變壓器的變比均為平均額定電壓之比。23.同步發(fā)電機各序磁場：1、正序：與三相對稱短路情形相同;2、零序：在三相繞組中產生大小相同的脈動磁場，不能在轉子空間形成旋轉磁場，而只形成各相繞組的漏磁場，從而對轉子沒有影響;3、負序：在氣隙中產生以同步速與轉子旋轉方向相反的旋轉磁場，它與轉子的相對速度為兩倍同步頻速，并在轉子繞組中感生兩倍頻交流電流，進而產生兩倍基頻脈動磁場，可以分解為兩個按不同方向旋轉的旋轉磁場。24.正序等效定則———是指在簡單不對稱短路的情況下，短路點電流的正序分量與在短路點f各相中接入附加電抗而發(fā)生三相短路時的電流相等。故障相電流可以寫為：25.表5-1簡單短路的與簡單不對稱短路電流的計算步驟，可以總結為：⑴根據故障類型，做出相應的序網；⑵計算系統(tǒng)對短路點的正序、負序、零序等效電抗；⑶計算附加電抗；⑷計算短路點的正序電流；⑸計算短路點的故障相電流；⑹進一步求得其他待求量。26.2.Y，d11接線變壓器⑴Y側施加正序電壓，d側電壓超前Y側電壓300⑵若在Y側施加負序電壓，d側電壓滯后于Y側電壓300⑶d側的正序線電流超前Y側正序線電流300；⑷d側的負序線電流落后于Y側負序線電流300。圖5-7Y，圖5-7Y，d11變壓器兩側電壓相量Y，d聯(lián)接的變壓器，在三角形側的外電路中不含零序分量。若負序分量由三角形側傳變到星形側:⑴正序分量順時針方向轉過300；⑵負序分量逆時針方向轉過300。27.小結：（表5—1）（25）1、電力系統(tǒng)的簡單不對稱故障，可以分為系統(tǒng)一點的短路故障與斷線故障。其中，短路稱為橫向故障，斷線稱為縱向故障。2、不對稱故障的基本分析方法，是針對不同故障類型，根據故障點處的邊界條件，繪制復合序網，尋找某相正、負、零序分量的關系，進一步求得故障點處的電壓與電流。3、正序等效定則:發(fā)生不對稱短路時，短路點正序電流與在短路點每相加入附加電抗而發(fā)生三相短路時的電流相等。4、單相斷線與非斷線相兩相短路接地的邊界條件相似；而兩相斷線則與非斷線相單相故障的邊界條件相似，同樣采用復合序網進行分析。5、電力系統(tǒng)中發(fā)生不對稱故障，除了求取短路點處的電流和電壓外，還要計算非故障處的電流和電壓。為此，可以先求得短路點處的各序電流、電壓分量，然后將各序分量分別在各序網中進行分配，求得待求電量的各序分量，然后進行合成。需要特別注意正序、負序分量經過Y，d接線的變壓器時相位的變化。28.①對簡單電力系統(tǒng)，當0o<δ<90o，時，電力系統(tǒng)可保持靜態(tài)穩(wěn)定運行，在此范圍內，>0；而900<δ<180o時，電力系統(tǒng)不能保持靜態(tài)穩(wěn)定運行，在此范圍內，<0，由此得到電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的實用判據為:②發(fā)電機在一定的運行條件下可發(fā)出最大的功率，稱為穩(wěn)定功率極限：③c點是發(fā)電機運行穩(wěn)定與不穩(wěn)定的臨界點，實際運行時，要求發(fā)電機運行點與功率極限要有一定的距離，即保持有一定的穩(wěn)定儲備系數(shù)，以便系統(tǒng)有能力應付經常出現(xiàn)的一些干擾而不致喪失靜態(tài)穩(wěn)定。29.靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)定義為30.（概念）電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定是研究電力系統(tǒng)受到大的擾動后經過一個暫態(tài)過程能否達到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)或恢復到原來的運行狀態(tài)的能力。由大擾動引起的電力系統(tǒng)暫態(tài)過程是一個由電磁暫態(tài)過程和發(fā)電組轉子機械運動暫態(tài)過程交織在一起的復雜過程。31.（概念）負荷穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)中電壓或頻率微小變化時，負荷和電源的無功功率和有功功率能否保持平衡或恢復平衡。負荷穩(wěn)定性和發(fā)電機組并列運行的穩(wěn)定性密切相關，負荷穩(wěn)定性的破壞會引起系統(tǒng)“電壓崩潰”或“頻率崩潰”，從而引起電力系統(tǒng)的瓦解。32.（概念）靜態(tài)頻率特性是指頻率緩慢變化或變化后進入穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)中有功功率隨頻率而變化的規(guī)律。⑴電源的靜態(tài)頻率特性電源的靜態(tài)頻率特性實際上也是原動機的靜態(tài)頻率特性，當不計頻率二次調整時，電源靜態(tài)頻率特性如圖7-8中1-2-3所示。當計與發(fā)電廠中一些重要廠用機械，如水泵、風機等的輸出時，在較低頻率范圍內，電源有功功率隨頻率下降得更加迅速，如右圖所示。33.頻率穩(wěn)定的判據是34.TJ的物理意義在電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算時，TJ不易從手冊中直接查到，當全系統(tǒng)的功率基準值選為SB，發(fā)電機自身額定功率為SN時，TJ的歸算值，一般汽輪發(fā)電機組的TJ為8~16s，水輪發(fā)電機組的TJ為4~8s，同步調相機的TJ為2~4s。TJ的物理意義：當給發(fā)電機轉子施加額定轉矩后，其轉子從靜止狀態(tài)達到額定轉速所需的時間。35.（概念）小擾動法原理是根據李雅普諾夫穩(wěn)定性理論，以線性化分析為基礎的分析方法。當受擾動系統(tǒng)的線性化微分方程組的特征方程式根的實部皆為負值時，該系統(tǒng)是穩(wěn)定的；當受擾動系統(tǒng)的線性化微分方程特征方程式的根實部有正值時，該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。36.（簡答）應用小擾動法分析簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的步驟1、列出系統(tǒng)中描述各元件運動狀態(tài)的微分方程組；2、將以上非線性方程線性化處理，得到近似的線性微分方程組3、根據近似方程式根的性質（根實部的正、負性或者零值）判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。37.根據狀態(tài)方程系數(shù)矩陣的特征值判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性⑴當時，p1,2為一個正實根和一個負實根，發(fā)電機相對于無限大系統(tǒng)非周期性失去同步，故系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。⑵當時，p1,2為一對虛根，理論上作等幅振蕩，系統(tǒng)同樣不穩(wěn)定。實際上，系統(tǒng)中由于阻尼作用，將作衰減的振蕩，最后都穩(wěn)定在初始值，系統(tǒng)恢復同步。38.阻尼作用對靜態(tài)穩(wěn)定的影響總的阻尼功率可近似表示為計與阻尼功率后，發(fā)電機轉子運動方程寫成矩陣形式為其特征方程為解得特征值p具有負實部的條件為⑴當，且時，p1,2為兩個負實根，系統(tǒng)在受到小擾動后，發(fā)電機的狀態(tài)變量δ和ω將按指數(shù)函數(shù)規(guī)律衰減到初始值；⑵當，但時，p1,2為一對具有負實部的共軛復根，這時系統(tǒng)在受到小擾動后，發(fā)電機狀態(tài)變量δ和ω將作衰減的振蕩，最后穩(wěn)定在初始值；⑶當時，特征方程式的根p1,2至少有一個是正實數(shù)或兩個都為具有正實部的共軛復根，無論為何值，系統(tǒng)都是不穩(wěn)定的。38.總之，裝設自動勵磁調節(jié)器使發(fā)電機的靜態(tài)穩(wěn)定性有了一定的提高。39.（簡答）減小元件電抗1、減小發(fā)電機和變壓器的電抗2、減小線路電抗直接減小線路電抗可用方法：⑴用電纜代替架空線；⑵釆用擴徑導線或分裂導線。3、提高線路的額定電壓4、釆用串聯(lián)電容器補償5、改善系統(tǒng)的結構⑴增加輸電線路的回路數(shù)，減小線路電抗。⑵加強線路兩端各自系統(tǒng)的內部聯(lián)系，減小系統(tǒng)等效電抗。⑶在系統(tǒng)中間接入中間調相機或接入中間電力系統(tǒng)。40故障切除后的運行方式一般情況下，以上三種運行方式下電抗之間有如下關系則相應三種運行方式下，發(fā)電機輸出的電磁功率之間的關系為41.等面積定則（定量計算）1、發(fā)電機在加速期間，功角由移到