同步发电机故障分析.ppt

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1、第四章第四章 电力系统故障分析电力系统故障分析同步电机三相短路同步电机三相短路 三相短路起始次暂态电流计算三相短路起始次暂态电流计算 应用运算曲线计算三相短路周期分量应用运算曲线计算三相短路周期分量4.2 电力系统三相短路实用计算电力系统三相短路实用计算什么电势在短路瞬间不会发生突变什么电势在短路瞬间不会发生突变?v建立同步发电机电磁暂态数学模型和参数建立同步发电机电磁暂态数学模型和参数 需需要要确确定定一一个个在在短短路路瞬瞬间间不不发发生生突突变变的的电电势势，用来求取短路瞬间的定子电流周期分量用来求取短路瞬间的定子电流周期分量 发发电电机机稳稳态态模模型型中中(空空载载电电势势E和和同同

2、步步电电抗抗Xt)，空载电势空载电势将随着励磁电流的突变而将随着励磁电流的突变而突变突变 同步发电机暂态模型同步发电机暂态模型 在在无无阻阻尼尼绕绕组组的的同同步步发发电电机机中中，转转子子上上只只有有励励磁磁绕绕组组，与与该该绕绕组组交交链链的的总总磁磁链链在在短短路路瞬瞬间间不不能能突突变变。因因此此可可以以给给出出一一个个与与励励磁磁绕绕组组总总磁磁链链成成正正比比的的电电势势Eq，称称为为 q 轴轴暂暂态态电电势势，对对应应的同步发电机暂态电抗为的同步发电机暂态电抗为 Xd 不不计计同同步步电电机机纵纵轴轴和和横横轴轴参参数数的的不不对对称称，无无阻阻尼尼绕绕组组的的同同步步发发电电机

3、机数数学学模模型型可可以以用用 暂暂态态电电势势E和暂态电抗和暂态电抗Xd表示为表示为同步发电机次暂态模型同步发电机次暂态模型 在在有有阻阻尼尼绕绕组组的的同同步步发发电电机机中中，转转子子上上有有励励磁磁绕绕组组和和阻阻尼尼绕绕组组，与与它它们们交交链链的的总总磁磁链链在在短短路路瞬瞬间间不不能能突突变变。因因此此可可以以给给出出一一个个与与转转子子励励磁磁绕绕组组和和纵纵轴轴阻阻尼尼绕绕组组总总磁磁链链成成正正比比的的q 轴轴次次暂暂态态电电势势 Eq，以以及及一一个个与与转转子子横横轴轴阻阻尼尼绕绕组组总总磁磁链链成成正正比比的的d 轴轴次次暂暂态态电电势势Ed，对对应应的的发电机次暂态

4、电抗分别为发电机次暂态电抗分别为Xd和和 Xq 忽忽略略纵纵轴轴和和横横轴轴参参数数的的不不对对称称时时，有有阻阻尼尼绕绕组组的的同同步步发发电电机机数数学学模模型型可可以以用用 次次暂暂态态电电势势E和和次暂态电抗次暂态电抗 Xd表示为表示为应用应用派克方程派克方程可以准确计算任意时刻短路电流，可以准确计算任意时刻短路电流，但计算相当复杂但计算相当复杂 同步发电机三相短路电流同步发电机三相短路电流 C实际电机绕组中都存在电阻，因此所有绕组的磁链都随时间变化，形成电磁暂态过程 C工频周期分量，其幅值将从起始次暂态电流逐渐衰减至稳态值 C非周期分量和倍频周期分量，它们将逐渐衰减至零短路电流计算一

5、般指短路电流计算一般指起始次暂态电流起始次暂态电流或或稳态短稳态短路电流路电流计算；而其它任意时刻短路电流工频周计算；而其它任意时刻短路电流工频周期分量有效值计算工程上采用运算曲线方法期分量有效值计算工程上采用运算曲线方法。起始次暂态电流计算起始次暂态电流计算发电机采用次暂态模型，根据故障前系统状态计算同步发电机的次暂态电势 短路前在额定电压下满载运行：故故短路前在额定电压下空载运行或不计负载影响，则有起始次暂态电流的计算冲击电流的计算G例 试计算图示网络中k点发生三相短路时的冲击电流。发电机G：取 同步调相机SC：取 负荷：取 线路电抗每km以0.4计算G变压器变压器T1：X6=0.1051

6、00/31.50.33 变压器变压器T2：X7=0.105100/200.53 变压器变压器T3：X8=0.105100/7.51.4 线路线路L1：X9=0.460100/11520.18 线路线路L2：X10=0.420100/11520.06 线路线路L3：X11=0.410100/11520.03发电机：发电机：X1=0.12100/600.2 调相机：调相机：X2=0.2100/54 负荷负荷LD1：X3=0.35100/301.17 负荷负荷LD2：X4=0.35100/181.95 负荷负荷LD3：X5=0.35100/65.83解：1.取 ，各元件电抗的标幺值计算如下：2.网络

7、化简：3.起始次暂态电流计算 由变压器T3方面提供的电流为 由负荷LD3提供的电流为 4.冲击电流计算 a点残余电压：线路L1、L2的电流分别为 b、c点残余电压分别为：因Ub和Uc都高于0.8，负荷LD1和LD2不会提供短路电流。故由变压器T3方面来的短路电流都是发电机和调相机提供的，可取Ksh=1.8；而负荷LD3提供的短路电流则取Ksh=1。短路处电压级的基准电流为：短路处的冲击电流为：5.近似计算：考虑到负荷LD1和LD2离短路点较远，可将它们略去不计。把同步发电机和调相机的次暂态电势取作E”1.0，这时网络（负荷LD3除外）对短路点的总电抗为：变压器T3方面提供的短路电流为：I”1/

8、2.050.49 短路处的冲击电流为：此值较前面算的小6%，在实际计算中，一般允许采用这种简化计算。应用计算曲线计算短路电流计算曲线与计算曲线法计算曲线与计算曲线法 计计算算曲曲线线：为为方方便便工工程程计计算算，采采用用概概率率统统计计方方法法绘绘制制出出一一种种短短路路电电流流周周期期分分量量随随时时间间和和短短路路点点距距离而变化的曲线。离而变化的曲线。计计算算曲曲线线法法：应应用用计计算算曲曲线线确确定定任任意意时时刻刻短短路路电电流周期分量有效值流周期分量有效值的方法。的方法。计计算算电电抗抗：将将归归算算到到发发电电机机额额定定容容量量的的组组合合电电抗抗的的标标幺幺值值和和发发电

9、电机机次次暂暂态态电电抗抗的的额额定定标标幺幺值值之之和和定义为计算电抗，并记为定义为计算电抗，并记为XC，即，即 计算曲线法的应用计算曲线法的应用 计算曲线分为汽轮发电机和水轮发电机两种类型计算曲线分为汽轮发电机和水轮发电机两种类型 计计及及了了负负荷荷的的影影响响，故故在在使使用用时时可可舍舍去去系系统统中中所所有负荷支路有负荷支路 在在计计算算出出以以发发电电机机额额定定容容量量为为基基准准的的计计算算电电抗抗后后，按按计计算算电电抗抗和和所所要要求求的的短短路路发发生生后后某某瞬瞬刻刻t，从从计计算算曲曲线线或或相相应应的的数数字字表表格格查查得得该该时时刻刻短短路路电电流流周周期分量

10、的标幺值期分量的标幺值 计计算算曲曲线线只只作作到到XC=3.45为为止止。当当XC3.45时时，表表明明发发电电机机离离短短路路点点电电气气距距离离很很远远，近近似似认认为为短短路路电流的周期分量已不随时间而变。即电流的周期分量已不随时间而变。即 应用计算曲线法的具体计算步骤：1.作等值网络作等值网络：选取网络基准功率和基准电压：选取网络基准功率和基准电压（一般选取（一般选取SB=100MVA,UB=Uav），计算网络），计算网络各元件在统一基准下的标幺值，发电机采用次各元件在统一基准下的标幺值，发电机采用次暂态电抗，负荷略去不计暂态电抗，负荷略去不计 2.进行网络变换进行网络变换：求：求各

11、等值发电机各等值发电机对短路点的转对短路点的转移电抗移电抗Xik 3.求计算电抗求计算电抗：将各转移电抗按各等值发电机的：将各转移电抗按各等值发电机的额定容量归算为计算电抗，即：额定容量归算为计算电抗，即：4.求求t时刻短路电流周期分量的标幺值：时刻短路电流周期分量的标幺值：根根据据各各计计算算电电抗抗和和指指定定时时刻刻t，从从相相应应的的计计算算曲曲线线或或对对应应的的数数字字表表格格中中查查出出各各等等值值发发电电机机提提供供的的短短路路电电流流周周期期分分量量的的标标幺值幺值 对无限大功率系统，取母线电压对无限大功率系统，取母线电压U*=15.计算短路电流周期分量的有名值计算短路电流周

12、期分量的有名值 网络简化与转移电抗的计算v网络的等值简化 等值电势法 等效变换的原则应使网络中其他部分的电压、电流在变换前后保持不变。令令则则令令则则 星网变换法 Y-变换公式 -Y变换公式 Y-变换 利用电路的对称性化简 电位相等的节点，可直接相连；等电位点之间的电抗，可短接后除去。v转移阻抗的概念 定义定义 如如果果只只在在第第i个个电电源源节节点点加加电电势势Ei，其其他他电电势势为为零零，则则与与从从第第k个个节节点点流流出出网网络络的的电电流流Ik之之比比值值，即为即为i节点与节点与k节点之间的转移阻抗节点之间的转移阻抗Xik。应用前提 线性网络的叠加原理 转移阻抗的应用v转移电抗的

13、计算 网络化简法 单位电流法 令 ，在 点加上 ，使支路 中通过单位电流，即取 ，则各电源对短路点的转移电抗各电源对短路点的转移电抗例 某系统等值电路如图所示，所有电抗和电势均为归算至统一基准值的标幺值。（1）试求各电源对短路点的转移电抗。（2）若在k点发生三相短路，试求短路点电流的标幺值。解解：（：（1）求转移电抗）求转移电抗 网络化简法 合并电源的主要原则合并电源的主要原则 距短路点电气距离（即相联系的电抗值）大致距短路点电气距离（即相联系的电抗值）大致相等的同类型发电机可以合并；相等的同类型发电机可以合并；远离短路点的不同类型发电机可以合并；远离短路点的不同类型发电机可以合并；直接与短路

14、点相连的发电机应单独考虑；直接与短路点相连的发电机应单独考虑；无限大功率系统因提供的短路电流周期分量不无限大功率系统因提供的短路电流周期分量不衰减而不必查计算曲线，应单独计算。衰减而不必查计算曲线，应单独计算。例 图示电力系统在k点发生三相短路，试求：（1）t=0s和t=0.5s的短路电流；（2）短路冲击电流及0.5s时的短路功率。G3 G4 SG1 G2 水电厂水电厂火电厂火电厂各元件的型号和参数为：各元件的型号和参数为：无限大功率系统内电抗无限大功率系统内电抗X=0 G1、G2每台容量为每台容量为31.25MVA X”d=0.13 G3、G4每台容量为每台容量为62.5MVA X”d=0.

15、135 T1、T2每每 台台 容容 量量 为为 31.5MVA,Uk(%)=10.5 T3、T4每台容量为每台容量为60MVA，Uk（%）=10.5 母线电抗器为母线电抗器为10kV,1.5kA,XR%=8 线路线路L1长长50km，0.4/km 线路线路L2长长80km，0.4/km 解解：1.参数计算，作等值网络参数计算，作等值网络 取取SB=100MVA,UB=Uav，各元件电抗的标幺值为：，各元件电抗的标幺值为：发电机发电机G1，G2：X1=X2=0.13100/31.250.416 变压器变压器T1，T2：X3=X4=0.105100/31.50.333 电抗器电抗器R：线路线路L1

16、：X6=0.450100/11520.151 线路线路L2：X7=0.450100/11520.242变压器变压器T3，T4：X8=X9=0.105100/60 0.75 发电机发电机G3，G4：X10=X11=0.135100/62.5 0.2162.化化简简网网络络，求求各各电电源源对对短短路路点点的转移电抗的转移电抗 X12=(X1X3)/20.375 X13=(X8X10)/20.196作作Y-变换，并除去电源间的转移电抗支路变换，并除去电源间的转移电抗支路 X14=X6X13 X6X13/X70.469 X15=X6X7 X6X7/X130.579各等值发电机对短路点各等值发电机对短

17、路点 的转移电抗分别为：的转移电抗分别为：等值发电机等值发电机G1,2：X12=0.375 等值发电机等值发电机G3,4：X14=0.469 无限大功率系统：无限大功率系统：X15=0.5793.求各电源的计算电抗求各电源的计算电抗 G1,2：Xc1=0.375231.25/1000.234 G3,4：Xc2=0.469262.5/1000.5864.查计算曲线数字表，求短路电流周期分量的标幺值短路计算时间电流值提供短路电流的发电机组短路点电流G1,2 X12=0.234G3,4 X14=0.586S X15=0.5790s标幺值 有名值4.88 1.361.84 1.1741.73 0.8673.40.5s标幺值 有名值2.93 0.821.795 1.131.73 0.8672.925.计算短路电流有名值：6计算短路冲击电流及计算短路冲击电流及0.5s的短路功率的短路功率 冲冲击击电电流流：短短路路点点在在火火电电厂厂升升压压变变压压器器高高压压侧侧，G1，2的的冲冲击击系系数数应应取取Kch=1.85，其余电源离短路点较远，均可取，其余电源离短路点较远，均可取Kch=1.80.5s时的短路功率：