电力系统暂态分析第一章作业

1、第一章作业参考答案一、简答题1、电力系统的干扰指什么？什么情况下的干扰最大？ 答：电力系统的干扰指任何可以引起系统参数变化的事件。 例如短路故障、电力元件的投入和退出等。 其中短路造成的干扰最大。2、为什么说电力系统的稳定运行状态是一种相对稳定的运行状态？ 答：由于实际电力系统的参数时时刻刻都在变化， 所以电力系统总是处在暂态过程之中， 如果系统参 数在某组数值附近作微小的持续变化， 则描述电力系统运行状态的运行参量持续在某一平均值附近做微小 的变化，我们就认为其运行参量保持平均值不变，即系统处于稳定工作状态。由此可见系统的稳定运行状 态实际是一种相对稳定的工作状态。3、为简化计算，在电力系统

2、电磁暂态过程分析和机电暂态过程分析中都采用了那些基本假设？ 答：电磁暂态分析过程中假设系统频率不变， 即认为系统机电暂态过程还没有开始； 机电暂态过程中 假设发电机内部的机电暂态过程已经结束。4、简述电力系统的故障类型 答：电力系统的故障主要包括短路故障和断线故障。 短路故障 （又称横向故障） 指相与相或相与地之 间的不正常连接，短路故障又分为三相短路、两相短路、单相接地短路和两相短路接地，各种短路又有金 属性短路和经过渡阻抗短路两种形式。 三相短路又称为对称短路， 其他三种短路称为不对称短路； 在继电 保护中又把三相短路、 两相短路称为相间短路， 单相接地短路和两相短路接地称为接地短路。 断

3、线故障（又 称纵向故障）指三相中一相断开（一相断线）或两相断开（两相断线）的运行状态。5、简述电力系统短路故障的危害 答：短路的主要危害主要体现在以下方面：1）短路电流大幅度增大引起的导体发热和电动力增大的危害；2）短路时电压大幅度下降引起的危害；3）不对称短路时出现的负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。6、简述断线的特点及危害 答：断线的特点是不会出现大的电流和低电压， 但由于三相不对称， 将在系统中产生负序和零序电流， 所以断线的主要危害是负序电流对旋转电机的影响和零序电流对通讯的干扰。7、电力系统故障分析中电压基准值、变压器变比通常如何选择？这样选择的目的是什么？ 答：电力系

4、统故障分析中电压基准值通常选择基本级的平均额定电压作为电压基准值， 变压器的变比 采用平均额定变比。这样选择的目的是为了简化计算，因为在此情况下，各级电网的电压基准值就是其所 在电压等级的平均额定电压，而无需通过计算求取。8、简述无限大功率电源供电情况下发生三相短路时短路电流的组成及其变化规律答：无限大功率电源供电情况下发生三相短路时，短路电流包括基频交流周期分量和非周期分量。非 周期分量从短路开始的初始值按指数规律随时间逐渐衰减到零，周期分量不衰减。9、简述非周期分量出现的原因；在不计电阻影响情况下，非周期分量取得最大值和最小值的条件； 三相非周期分量电流起始值的之间的关系如何？答：非周期分

5、量是为了维持短路瞬间电流不发生突变而出现的自由分量；非周期分量取得最大值的条件是短路前空载，短路发生在电压瞬时值过零瞬间(因为如果电压ua Umsin( t)，则在不计电阻的情况下阿，短路后短路电流周期分量ia Im sin( t90°)，当短路前空载时有ia 0 iapo ImS"(90°)，如要使 ia 0 取得最大值 Im，则 |sin(90°) | 1，即0°或=180。，此时 Ua0 0 )短路电流取得最小值的条件为|m|0|S in( 0) Imsi n( 900) 0或短路瞬间相量I m0| Im与 横轴平行。当短路发生在空载时上

6、述条件为|Imsin( 900)| 0，即 900或900(2700)，也就是短路发生在电压瞬时值最大瞬间时，短路电流周期分量起始值最小，等于零。三相非周期分量不能同时取得最大值或最小值，(因为当 A相非周期分量取得最大值时100 或=1800，此时|ib0|ibp0 | |Ims in(09001200)| Ims in30。Im ；|ic 0 | | icp01 | Imsin(0 9001200)| "sin30011m。同理可以证明三相非周期分量也不能同时取得最小值)，且总有三相非周期分量起始值之和为零。10、设么叫最恶劣短路条件、短路冲击电流和最大有效值电流答：最恶劣短路条

7、件指短路前空载、短路发生在电压瞬时值过零时(不计各元件电阻)；短路冲击电流指最恶劣短路条件下的短路电流的最大瞬时值； 最大有效值电流为最恶劣短路条件下短路电流的最大有 效值。11、什么叫无限大功率电源？其特点是什么？实际工作中在什么条件下可以将实际的有限功率电源？答：容量为无限大的电源称为无限大功率电源；无限大功率电源的特点是电源内阻抗为零，电源端电压和频率恒定，(因为当电源的功率无限大时，任何干扰(包括短路故障)引起的有功功率波动相对于电 源的无限大功率而言都可忽略不计，所以电源的频率不因干扰而波动；又由于无限大功率电源可以看作由 无限个有限功率电源并联而成，由于有限功率电源的内阻抗是有限的

8、根据戴维南定理，无限大功率电源的 内阻抗为无限个有限功率电源的内阻抗的并联值，显然为零，当电源的内阻抗为零时，该电源为恒压源, 所以电压保持不变）。实际工作中，当实际电源内阻抗在短路回路总阻抗中所占比例小于 10%时，该电源就可以视为无限大 功率电源。（因为电源内阻抗小，短路时电源端电压变化不大，可视为不变，即该电源可视为无限大功率 电源）。无限大功率电源的特点是电源内阻抗为零， 电源端电压和频率恒定；当实际电源内阻抗占短路回路总 阻抗的比例小于10%时，即可将实际电源视为无限大功率电源。12在无限大功率电源供电情况下，如果短路前空载，不计电阻影响，请写出短路发生在A相电压从 负半周进入正半周

9、的瞬间时，各相短路电流中非周期分量的起始值。答：i a 0la|0|iap0、2l|0|Sin(I 0|)2I pSin()i b 0ib| 0 |ibp02II0I Sin(1200|0|)2IP sin(1200)i c 0ic |0 |1G02II0I sin(1200I 0|)2IP sin(1200)将I0I0,00,900代入得：ia 02I pSin(900)2Ipi b 02I pSin(2100)2i2pi c 02IpSi n(300)返I2 p13、在无限大功率电源供电情况下，如果短路前空载，短路回路阻抗角为60°，请指出在什么情况下发生短路时，A相短路电流中的

10、非周期分量起始值最大。答：因为：ia 0i a|0|i ap02 1 0 Sin(I 0 i)2|pSin(d)将 1 |0 I0, d 600代入上式可得：i a 02IpSi n(600)当I ia ° I取得最大值时，sin( 60°)1。sin(600) 1 时，600 900,1500 ；sin（600）1 时， 600 2700,330°（或 30°）。所以，在题目所给条件下，要使A相短路电流中的非周期分量起始值最大，短路应发生在1500,或3300（ 300）时。计算题1、 （1-2-1） 解:取 SB 30MVA、U b 110kV o近

11、似计算法近似计算法时，取变压器变比为平均额定电压之比，各元件额定电压为平均额定电压。10KV电网基准电压为U B（10）k1U B丑11011510.043(KV );发电机电抗标么值Xg*变压器T1电抗标么值k2UB115110c 10.523023010.04310.511523010031.5110210.51152301001511026.026(KV)0.4XT1*0.230 ；0.284 -0.109 ；6KV电网基准电压为Ub（6）变压器T2电抗标么值xT2110KV线路电抗标么值xII*80笔11020.0793 -6KV电缆线路电抗标么值X| *0.08 2.5306.026

12、20.165 ；电抗器电抗标么值Xdk*1006.33 0.33026.0260.500；121 '110精确计算法 精确计算法时，取变压器变比为实际变比，各元件电压取额定电压。10KV电网基准电压为U b（10）k1U B10 5105 1109.545(KV);6KV电网基准电压为Ub（6）k2UB1106.6( KV)2、发电机电抗标么值xG*变压器T1电抗标么值0.26 喧XT1*10.5100变压器T2电抗标么值xT2110KV线路电抗标么值x6KV电缆线路电抗标么值电抗器电抗标么值(1-3-1 )ii*Xdk*10.51000.4Xiii *10030309.5452121

13、231.5110215800.080.315 ；30110230110230211022.530.3解：根据例1-4计算数据计算如下:每条线路中流过的短路电流交流分量幅值为6.3Im 3.857(KA)v'3 0.943每条电缆三相短路电流表达式根据空载情况下短路电流表达式:iaI m COS(st)I m COS(iaibibia300、I m COS(I m COS(3.857cos(3.857 cos(3.857 cos( ststst丄 0.797 arctg0.5050.121 ；0.21 -0.0793 ；善 0.138 ；理 0.398;6.62t)eTa12001200

14、57.640、I m cos(1200I m cos(1200Ta0.005(s)代入上式得tTatTatst 27.640) 3.857cos( 27.640)e Ta 3.857cos( sttst 1200 27.640) 3.857 cos( 120027.640)et120027.640)3.258e 0.005Tat27.640) 3.417e 碗ic 3.857cos( st 1200 27.64°) 3.857cos(120° 27.64°)et3.857cos( st 1200 27.640) 0.159e0.0051800 ，或00即18005

15、7.640237.64057.6401800122.360，或瞬时值最大相及其近似值 由三相短路电流表达式可知，a相短路电流非周期分量起始值最大，所以a相短路电流的瞬时值最大。（1咤）180°314由于A相电流瞬时值最大时，t1800.0115s，所以最大瞬时值电流近似值0.01153.8573.417e 歸 4.200(kA)由短路冲击电流的定义可知，a相短路电流最大瞬时值为短路冲击电流时,57.640。3、(1-3-2 )解:iaf 0 I m|0| COS(2 0.18cos(300|0|) I m cos( )300) 3.857 cos(300 57.64。)3.162(k

16、A)ibf0 I m|0| COS( 1200|0|) I m COS( 120°),2 0.18 cos( 1200) 3.857 cos( 147.640)3.131(kA)i cf 0 I m|0| cos( 120|0|) I m COS( 120)、2 0.18cos12003.857 cos92.360)0.032(kA)4、解:采用近似计算法，即各级电压为平均额定电压，变压器变比为平均额定变比.2 2Un10.5 10.52SN10031.5变压器归算到10kV侧的电抗参数为:XtUk(%)1000.368()归算到10kV侧的线路电抗为：xL短路回路总电抗为：xxL xT短路电流周期分量有效值为：Ip0.4 100(115/10.5)2/20.3330.368/20.517()10 511.726(kA)3 0.5170.333()短路冲击电流为：iM1.82 IP 1.82 11.726 29.85( kA)解: 根据正常运行情况计算电源端电压标幺值Us(Uf1 |0|X22fisin |0|) (I p|Xi cos |0|), (11 0.40.6)22(1 0.4 0.8)1.281二相短路电流周期分量有效值标幺值为：, US1.281Ip 3.203X0.4各相非周期分量起始值的标幺值为：ia0ia|0|i ap02I|qsin(2Ip