电力工程基础--电力系统的对称故障课件

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Company name,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,鞠平 主编,ELECTRIC POWER ENGINEERING,电力工程,第十章 电力系统的对称故障,鞠平 主编ELECTRIC POWER ENGINEE,第十章 电力系统的对称故障,10.1,电力系统故障概述,10.2,无穷大电源供电系统的三相短路,10.3,同步发电机的突然三相短路,第十章 电力系统的对称故障10.1 电力系统故障概述10.,10.1,电力系统故障概述,电力系统故障,是指电力系统发生结构性的变化，是一种大的扰动。,故障类型,：短路故障，断线故障，复杂故障,短路故障类型和统计结果,短路类型,示意图,符号,比例,(,N/mm,),三相短路,3.1,两相短路,0.5,两相接地短路,7.8,单相接地短路,瞬时性：,53.4,永久性：,35.2,10.1 电力系统故障概述 电力系统故障是指电力系统发,10.1,电力系统故障概述,产生故障的主要原因,：绝缘介质损坏、自然因素（如雷击造成短路）、人为因素（如操作后忘记取下接地线）。,故障引起的后果,：,短路电流值大大增加，,引起电网中电压降低，使部分用户的供电受到破坏,引起不平衡系统，对通信等产生干扰,可能引发系统性事故，造成大面积停电,10.1 电力系统故障概述产生故障的主要原因：绝缘介质损坏、,10.2,无穷大电源供电系统的三相短路,10.2.1,定性分析,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,10.2 无穷大电源供电系统的三相短路10.2.1 定性分析,10.2.1,定性分析,无穷大电源,：一个“理想电源”，能够维持电压、频率恒定，电源内部阻抗为零。,近似于无穷大电源的条件：,电源功率很大，大于系统其他部分功率的,10,倍以上；,电源的内阻抗很小，小于系统其他部分阻抗的,1/10,以下；,一般电源的稳态特性可近似认为是无穷大电源串联一个内阻抗。,10.2.1 定性分析无穷大电源：一个“理想电源”，能够维持,10.2.1,定性分析,短路前，系统处于稳态,为电压源的初始相角；为,Z,的阻抗角,无穷大电源供电系统三相电路短路,10.2.1 定性分析无穷大电源供电系统三相电路短路,10.2.1,定性分析,假设,在,t,=0,（,s,）,时发生三相短路,短路点左则,短路点右侧,对于左侧电路：,特解：,通解：,左侧电路方程的解为：,10.2.1 定性分析假设在t=0（s）时发生三相短路,10.2.1,定性分析,根据；楞次定理，电感中电流不能突变,则,因此,10.2.1 定性分析根据；楞次定理，电感中电流不能突变,10.2.1,定性分析,b,、,c,两,相电流为,10.2.1 定性分析b、c两相电流为,10.2.1,定性分析,稳态短路电流三相幅值恒定且相等，相位相差,120,。,直流分量最终衰减至零，三相不相等。,直流分量为全电流的对称轴。,10.2.1 定性分析稳态短路电流三相幅值恒定且相等，相位相,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,冲击电流,：暂态过程中电流的最大瞬时值。,用于校验电气设备的动稳定度,。,最大有效值电流,：暂态过程中电流有效值的最大值。,用于校验电气设备的热稳定度。,1,、最大直流分量,短路前有载时初始状态电流相量图,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流冲击电流：暂态过程中电,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,当系统满足以下条件时，直流分量最大：,，短路前空载；,，短路瞬间的电压初始相角满足关系。,此时，最大直流分量为,短路前有载时初始状态电流相量图,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流短路前有载时初始状态电,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,短路瞬时三相电流相量图,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流短路瞬时三相电流相量图,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,2,、冲击电流,对于一般高压电力线路，均满足 ，故,当 时，电流为,直流分量最大时短路电流波形图,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流2、冲击电流直流分量最,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,在近似半个周期处,K,M,冲击系数，工程上一般取,1.8,或,1.9,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流在近似半个周期处,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,3,、最大有效值电流,一周期内的电流有效值,近似认为 在该周期不变，等于半个周期处的值。,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流3、最大有效值电流,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,例：系统中，比较电抗器左侧、右侧分别发生三相短路时的,i,M,及,I,M,，取,K,M,=1.8,。,解：,（,1,）左侧发生三相短路时,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流例：系统中，比较电抗器,10.2.2,冲击电流和最大有效值电流,右侧发生三相短路时,10.2.2 冲击电流和最大有效值电流,10.3,同步发电机的突然三相短路,10.3.1,定性分析,10.3.2,各分量的初瞬值,10.3.3,同步发电机的突然三相短路,10.3.4,各分量的时间常数,10.3.5,合成转换,10.3 同步发电机的突然三相短路10.3.1 定性分析,10.3.1,定性分析,同步发电机端口突然发生三相短路时，发电机定子绕组及转子绕组中的电流分量：,由转子中直流分量产生，包括转子中直流分量和定子中基频分量，成为有源分量；,由定子中直流分量产生，包括定子中直流分量、转子中基频分量以及定子中倍频分量，称为无源分量或自由分量，最终衰减为零。,10.3.1 定性分析 同步发电机端口突然发生三相,10.3.2,各分量的初瞬值,1,、中的直流分量,三相短路，,次暂态条件下的电压方程,10.3.2 各分量的初瞬值1、中的直流分量,10.3.2,各分量的初瞬值,2,、中的交流分量,交流分量对应于定子中三相对称直流，滞后电压,90,，短路瞬间功角不突变。,总量不变，所以,10.3.2 各分量的初瞬值2、中的交流分量,10.3.2,各分量的初瞬值,因此,同理，有,10.3.2 各分量的初瞬值因此,10.3.3,各分量的终值,短路进入稳态后，令,励磁不变,10.3.3 各分量的终值 短路进入稳态后，,10.3.4,各分量的时间常数,同步发电机电磁暂态过程分两个阶段,：,次暂态,阶段，短路最初的毫秒级暂态过程，此阶段，励磁绕组,f,对应的变量几乎不变，近似的视为短路，暂态过程主要取决于阻尼绕组,D,、,Q,的动态时间常数。,暂态,阶段，次暂态结束后的暂态过程，此阶段，阻尼绕组,D,、,Q,的电流几乎衰减为零，近似的认为开路，暂态过程主要取决于励磁绕组,f,的动态时间,。,10.3.4 各分量的时间常数同步发电机电磁暂态过程分两个阶,10.3.4,各分量的时间常数,1,、,d,轴直流分量的时间常数,次暂态阶段，直轴阻尼绕组的时间常数为,暂态阶段，励磁绕组时间常数为,d,轴直流分量衰减时间常数等效电路,10.3.4 各分量的时间常数1、d轴直流分量的时间常数d轴,10.3.4,各分量的时间常数,2,、,q,轴直流分量的时间常数,由交轴阻尼绕组决定,3,、定子直流分量的时间常数,q,轴直流分量衰减时间常数等效电路,10.3.4 各分量的时间常数2、q轴直流分量的时间常数q轴,10.3.5,合成转换,直轴直流分量变化,10.3.5 合成转换直轴直流分量变化,10.3.5,合成转换,根据短路前稳态电压方程，忽略定子电阻时，有,以时间常数 从 衰减倒零,10.3.5 合成转换根据短路前稳态电压方程，忽略定子电阻时,10.3.5,合成转换,将直流分量和交流分量相加,经推导可得,10.3.5 合成转换将直流分量和交流分量相加,10.3.5,合成转换,电流各分量及合成后的波形,短路电流过程分析,三相电流直流分量,10.3.5 合成转换电流各分量及合成后的波形短路电流过程分,10.3.5,合成转换,同步发电机短路后波形图,a),三相电流波形,b),励磁绕组电流波形,10.3.5 合成转换同步发电机短路后波形图,