电力系统教案7.doc

天津理工大学本科教学教案第 11 周，第 1 次课 第七章 电力系统故障的基本知识主要内容：教学内容：了解电力系统故障的概念及其分类，熟练掌握标幺值的计算方法。教学重点：电力系统中短路的概念；标幺值的计算；突然三相短路的暂态过程分析。教学难点：电力系统标幺值计算；突然三相短路的暂态过程分析。教学方法：课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示抽象概念。教学要求：掌握标幺值计算方法7.1故障概述在电力系统的运行过程中，时常会发生故 障，其中大多数是短路故障（简称短路）。1短路的概念及基本类型短路的概念所谓短路，是指电力系统正常运行情况 以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。短路的基本类型在正常运行时，除中性点外，相与相或者相与地之间是绝缘的。下表1-1给出了三相系统中短路的基本类型。2.短路产生的原因 产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或者相对地绝缘被损坏。例如架空输电线的绝缘子可能由于受到过电压（例如由雷击引起）而发生闪络或由于空气的污染使绝缘子表面在正常工作电压下放电；其他电气设备，发电机、变压器、电缆线路等的载流备份绝缘材料在运行中损坏；运行人员在线路检修后未拆除地线就加电压等误操作也会引起短路故障。3. 短路对电力系统的危害（1）短路对电力系统的正常运行和电气设备有很大的危害（2）短路会引起网络中电压降低 短路还会引起网络中电压降低，特别是靠近 短 路点处电压下降很最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏。（3）可能引起并列远行的发电机失去同步（4）造成对通讯系统的干扰4. 短路计算的几个基本假设（1）磁路的饱和、磁滞忽略不计。（2）除不对称故障处之外，系统中其他各处认为是三相对称的。（3）各元件电阻的处理。（4）认为短路都是金属性短路。5. 预防短路的措施为了降低发生短路的概率，电力系统采取合理的防雷措施、降低过电压水平、采用合适的配电装置，以及加强对运行维护的管理。7.2标幺值7.2.1标幺值标么值的一级数学表达式为： 有功功率、无功功率、视在功率的标幺值分别为7.2.2基准值的选取基准值的选择有一定得任意性，一般选定电压和功率的基准值，推倒电流和阻抗的基准值。7.2.3基准值改变时标幺值的换算电力系统中各种电气设备如发电机、变压器、电抗器的阻抗参数均是以其本身额定值为基准值的标么值或百分值给出的，而在进行电入系统计算时，必须取统一的基准值，因此要求将原来的以本身额定值为基准值的阻抗标幺值换算到统一基难值。 若电抗X对应不同的基淮值的标么值分别为： 由上式可得到X*(B)与X*(N)间的转换关系为发电机的铝牌参数一般给出其额定电压，额定功率以及以额定值为基准值的电抗标幺值，可用上式计算其对应统一基准值的电抗标么值。对于变压器一般给出其额定电压，额定功率以及短路电压百分数等。共短路电压百分数和电抗标幺值的关系为：式中：XT为变压器电抗的有名值。故变压器转换为统一基准值的电抗标幺值为对于电抗器为电抗百分数与标幺值的关系为式中：XR(%)为电抗百分数换算成统一的基准值的标幺值为7.2.4变压器联系的不同电压等级电网中各元件参数标幺值计算1.准确计算法2.近似计算法7.3无穷大功率电源供电的三相短路电流分析无穷大电源：电源电压幅值和频率均为恒定（1）电源功率为无限大时，外电路发生短路(一种扰动)引起的功率改变对于电源来说是微不足道的，因旧电源的电压和频率(对应于同步电机的转速)保持恒定。（2）无限大功率电源可以看作由无限多个有限功率电源并联而成，因而其内阻抗为零，电源电压保持恒定。7.3.1暂态过程分析电流表达式其中：假设短路在0s时发生，由于电路依然对称，可以只研究其中的一相，取相研究，短路瞬间列微分方程这是一个一阶常系数、线性非齐次的常微分方程，解由特解和通解组成。特解为：其中：通解为： 其中相短路电流的表达式为：由楞次定律通过电感电流不能突变。即相电流为：三相电流综合表达式为7.3.2 短路冲击电流和最大有效值电流 1. 短路冲击电流短路电流在最恶劣短路情况下的最大瞬时值，称为短路冲击电流。一般在电路中，感抗值要比电阻值大很多，因此认为90。当=0或180时，处于最严重的情况，短路电流的最大瞬时值，将发生在约半个周期后，冲击电流值为:式中称 为冲击系数，即冲击电流值对于交流电流幅值的倍数，值为 12 ，在实用计算中一般取 1.81.9。冲击电流主要用于检验电气设备和载流导体的动稳定。2. 最大有效值电流在短路过