电力系统暂态分析第三章.ppt
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1、3-1短路电流交流分量初始有效值的实用计算短路电流交流分量初始有效值的实用计算 v一、实用计算法简介一、实用计算法简介v1、实用计算法、实用计算法v2、实用计算内容、实用计算内容v(1)短路电流周期分量有效值)短路电流周期分量有效值 短路冲击电流:最大有效值电流:(2)任意时刻的短路电流周期分量有效值)任意时刻的短路电流周期分量有效值 第三章第三章 电力系统三相短路电流的实用计算电力系统三相短路电流的实用计算二、交流电流初始有效值的实用计算二、交流电流初始有效值的实用计算 v1、基本假设条件、基本假设条件v(1)发电机)发电机 理想电机,并忽略发电机电阻,电抗采用理想电机,并忽略发电机电阻,电
2、抗采用 (或(或 )即认为:(或 ),发电机电压平衡方程为:(或 )。等值电路为:系统各发电机电动势同相位。(进一步的近似还可以认为各电源的电势大小相等,在采用标幺值时,还可更进一步假设其值为1)(2)调相机)调相机 等值电路与同步发电机相同,但在欠激运行方式下,其空载次暂态电动势小于机端电压。(3)同步电动机)同步电动机 同步电动机与调相机情况相同。(4)异步电动机)异步电动机 对于对于1000KW以上电动机,冲击电流系数取以上电动机,冲击电流系数取1.71.8。(5)综合负荷 综合负荷一般忽略不计,如需计及负荷时,通常用阻抗表示。(6)网络方面)网络方面 忽略各元件电阻和对地导纳支路的影响
3、(对于电缆线路和低压网络的线路需计及电阻影响,并用 代替电抗进行计算)。变压器的变比取平均额定电压之比。v2、计算步骤、计算步骤 v(1)画等值电路)画等值电路 v(2)计算各元件参数)计算各元件参数(短路计算一般采用标幺值)v(3)计算短路电流初始有效值)计算短路电流初始有效值 v综合计算法 一次计算出计及负荷电流影响时的短路电流;v迭加法 分别计算负荷电流和短路电流的故障分量,然后迭加得到计及负荷电流影响时的短路电流;v近似计算法忽略负荷影响,并认为电源电势等于1。v3、综合计算法、综合计算法 计及负荷影响时发电机的次暂态电动势的计算:计及负荷影响时发电机的次暂态电动势的计算:计及负荷影响
4、时一般负荷等效阻抗的计算:计及负荷影响时一般负荷等效阻抗的计算:v计及负荷影响时的等值电路计及负荷影响时的等值电路v4、迭加法、迭加法v(5)近似计算法)近似计算法 近似计算时,忽略负荷影响,并认为各发电机空载电动势相等,且等于1。即v例题例题3-1 在下图中,已知同步发电机和同步电动机的额定功率在下图中,已知同步发电机和同步电动机的额定功率均为均为30MW,额定电压均为,额定电压均为10.5kv,次暂态电抗均为,次暂态电抗均为0.2,以电动机额定值为基准的线路电抗标幺值为以电动机额定值为基准的线路电抗标幺值为0.1。正常运行。正常运行时电动机消耗的功率为时电动机消耗的功率为20MW,功率因数
5、,功率因数0.8(滞后),端(滞后),端电压为电压为10.2kv。求在电动机机端发生三相短路时,短路点。求在电动机机端发生三相短路时,短路点点短路电流、发电机和电动机支路电流交流分量的起始有点短路电流、发电机和电动机支路电流交流分量的起始有效值及短路冲击电流、最大有效值电流。效值及短路冲击电流、最大有效值电流。v1)综合计算法)综合计算法 (1)绘制等值电路计算元件参数 取基准值根据短路前的等值电路计算元件参数v(2)计算短路后各处电流)计算短路后各处电流v2)迭加法)迭加法v(1)正常分量v(2)故障分量v(3)正常分量与故障分量迭加)正常分量与故障分量迭加v(3)近似计算法近似计算法 不计
6、负荷影响,并设 。短路冲击电流和最大有效值电流的计算短路冲击电流和最大有效值电流的计算 注意到短路点距离不在发电机机端,而在同步电动机机端,且电动机容量大于12MW,所以发电机短路电流冲击系数取1.8;电动机冲击系数取1.9。三、几点说明三、几点说明v1、短路计算通常不计负荷影响(但必须计及短路点附、短路计算通常不计负荷影响(但必须计及短路点附近电动机对短路电流起始有效值的影响);近电动机对短路电流起始有效值的影响);v2、计算通常采用迭加原理,并采用发电机(包括短路、计算通常采用迭加原理,并采用发电机(包括短路点附近的大容量电动机)点附近的大容量电动机)的假设;的假设;v3、如果仅计算短路点
7、的短路电流,可以利用下式计算;、如果仅计算短路点的短路电流,可以利用下式计算;经过渡阻抗短路时,按下式计算;经过渡阻抗短路时,按下式计算;v4、局部电力系统的短路计算、局部电力系统的短路计算 进行局部电力系统的短路计算时,通常将电力系统的其他部分等效为一个或几个等值系统,每个等值系统用一个恒定阻抗和恒定电压源的串联表示(即无限大电源)。其他系统参数通常以以下方式给出:(1)给出其他系统的次暂态等值电抗;(2)给出其他系统向局部系统接入点短路时提供的短路电流,当该电流为标幺值时,其次暂态等效阻抗即电流标幺值的倒数;(3)给出短路功率(短路容量),若为标幺值,则与短路电流标幺值相等,其次暂态等效阻
8、抗即短路容量的倒数;(4)如果其他系统的情况不知道时,也可以用本局部系统接入其他系统的断路器的遮断容量进行估算。3.3 任意时刻电流交流分量有效值计算任意时刻电流交流分量有效值计算v一、问题的提出一、问题的提出 在第二章中,我们分析了同步发电机三相短路时的短路电流,其分析方法是:计算短路电流基频交流分量的初始有效值和稳态有效值,确定各种电流分量的衰减时间常数,写出短路电流的解析式,再利用短路电流的解析式根据需要计算任意时刻短路电流。这种方法对于一台发电机供电的情况都是十分复杂的,对于电源较多的情况就更无法进行了。工程上常用的方法是运算曲线法。二、运算曲线的编制二、运算曲线的编制v1、编制所用网
9、络、编制所用网络编制条件:发电机运行在额定电压和额定负荷;50%负荷接于变压器高压侧;50%负荷接入系统,即在短路点的外侧。v2、编制方法、编制方法 将外部阻抗(加到发电机的相应电抗上,利用第二章的短路电流表达式计算任意时刻短路电流周期分量有效值,改变x即等于改变短路点的远近,根据上面的等值电路可得以下的结果:然后,以 为横坐标,为纵坐标,把对应不同的同一时刻的点连接起来即得短路电流运算曲线。v3、运算曲线、运算曲线 见见P82图图3-16。曲线中计算电抗和电流都是以发电机本身额定参数为基准的标幺值;曲线中的电流为各种不同类型机组短路电流的平均值,所以曲线适用于任何机组;因汽轮发电机与水轮发电
10、机结构区别较大,电流变化规律相差较大,所以分别编制其运算曲线;运算曲线只编制到4秒,因为4秒短路已达稳定状态,4秒以后的数值取4秒时的数值;运算曲线电抗只编制到3.5,大于3.5时按无限大电源处理;运算曲线编制时已近似考虑了负荷的影响,使用时无须再考虑负荷的影响。三、应用运算曲线计算短路电流方法步骤三、应用运算曲线计算短路电流方法步骤 v1、计算步骤、计算步骤 1)画等值电路、计算各元件电抗标幺值 2)网络化简,求电源点与短路点之间的转移电抗 3)求各电源对短路点的计算电抗 4)查运算曲线,得到以发电机额定容量为基准的周期分量标幺值 5)求各电源提供的短路周期分量有名值之和,即为短路点的短路电
11、流周期分量。2、例题、例题在下图所示电力系统中,已知相关参数如下:汽轮发电机:升压变压器:联络变压器:330kv线路:330kv系统:送至330kv线路始端的短路电流为20kA。计算f点短路时,0秒和0.2秒发电机和系统送出的短路电流以及短路点总短路电流。v(1)绘制等值电路计算元件参数)绘制等值电路计算元件参数 忽略负荷,不计各元件电阻和对地导纳支路。网络化简过程图取平均额定电压为基准电压,1000MVA作为基准容量,则有:汽轮发电机:升压变压器:联络变压器:330kv线路:330kv系统u常用常用 Y-变换公式:变换公式:u-Y变换公式:变换公式:v(2)网络化简求各电源对短路点的转移电抗
12、)网络化简求各电源对短路点的转移电抗 图(a)化简为图(b)图(b)化简为图(c)图(c)化简为图(d)采用 进行化简 图(d)化简为图(e):v(3)求计算电抗)求计算电抗 (4)求发电机、系统短路电流标幺值)求发电机、系统短路电流标幺值 由汽轮机运算曲线查得:由汽轮机运算曲线查得:系统为无限大功率电源,其周期分量不衰减。系统为无限大功率电源,其周期分量不衰减。v(5)计算发电机、系统提供短路电流有名值)计算发电机、系统提供短路电流有名值v(6)计算短路点电流)计算短路点电流v2、计算的简化、计算的简化 (1)个别计算法)个别计算法 在前面的例题中,我们把每一个发电机都作为一个电源保留下来,
13、这种方法称为个别计算法,个别计算法计算比较准确,但查运算曲线工作量大。(2)同一变化法)同一变化法 计算中把短路电流变化规律相同或相近的发电机(对于距短路点较远的不同类型发电机可以合并,距短路点很近的情况下,不同类型的发电机不允许合并)为一个等效电机(等效电机的额定容量等于参与合并的所有电机额定容量之和)的计算方法称为同一变化法。同一变化法计算工作量小,但计算误差较大。四、转移电抗的计算四、转移电抗的计算v1、转移电抗、转移电抗 对于任一复杂网络经网络化简法消去除电源节点和短路点之外的所有节点后,所得到的各电源电势节点与短路点之间的直接联系电抗即电源对短路点的转移电抗。因为:所以:2、转移阻抗
14、的求法、转移阻抗的求法 (1)网络化简法 (2)单位电流法一、网络的等值简化一、网络的等值简化u 等值电势法等值电势法 等等效效变变换换的的原原则则应应使使网网络络中中其其他他部部分分的的电电压压、电流在变换前后保持不变。电流在变换前后保持不变。即:即:u 星网变换法星网变换法u常用常用 Y-变换公式:变换公式:u-Y变换公式:变换公式:u 利用电路的对称性化简利用电路的对称性化简电位相等的节点,可直接相连;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。等电位点之间的电抗,可短接后除去。二、转移阻抗的概念二、转移阻抗的概念u 定义:定义:如如果果只只在在第第i个个电电源源节节点
15、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,即即为为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。u 应用前提应用前提线性网络的叠加原理线性网络的叠加原理u 转移阻抗的应用转移阻抗的应用三、利用转移电抗计算三相短路电流三、利用转移电抗计算三相短路电流u 网络化简法网络化简法图图7-13 用网络化简法求转移电抗用网络化简法求转移电抗u 单位电流法单位电流法 令令E1=E2=E3=0,在在k点点加加上上Ek,使使支支路路X1中中通通过过单单位位电电流,即取流,即取I1=1,则,则图图7-14 单位电流法求单
16、位电流法求转移电抗转移电抗u例例7-3 某某系系统统等等值值电电路路如如图图7-13所所示示,所所有有电电抗抗和电势均为归算至统一基准值的标幺值。和电势均为归算至统一基准值的标幺值。(1)试试分分别别用用网网络络化化简简法法及及单单位位电电流流法法求求各各电电源源对短路点的转移电抗。对短路点的转移电抗。(2)若若在在k点点发发生生三三相相短短路路,试试求求短短路路点点电电流流的的标幺值。标幺值。3-2交流电流初始有效值的计算机算法交流电流初始有效值的计算机算法v一、计算一、计算 及其分布的等值网络及其分布的等值网络v1、计及负荷影响时、计及负荷影响时v2、不计负荷影响时、不计负荷影响时 实用计
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