电力系统习题课 2

1、电力系统习题课 电力系统运行稳定性电力系统运行稳定性 的基本概念的基本概念 电力系统稳定电力系统稳定 电压稳定电压稳定 频率稳定频率稳定 功角稳定功角稳定 静态稳定（小干扰稳定）静态稳定（小干扰稳定） 暂态稳定暂态稳定 动态稳定动态稳定 机电暂态过程机电暂态过程 暂态稳定性：暂态稳定性：指系统受到指系统受到大扰动大扰动后，各同后，各同步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定步发电机保持同步运行并过渡到新的稳定运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能运行方式或恢复到原来稳定运行方式的能力。力。电力系统暂态稳定性引起电力系统大扰动的主要原因引起电力系统大扰动的主要原因 1、负荷的突然变化 2、切除或投入系

2、统的主要元件 3、电力系统的短路故障三相短路引起的扰动最大，如果系统能够经受住三相短路的扰动，则系统的稳定性就不成问题；但是以三相短路作为暂态稳定的条件很不经济，目前我国以不对称短路作为研究基础。暂态稳定分析计算的基本假设1.1.电力系统机电暂态过程特点电力系统机电暂态过程特点2.基本假设基本假设(1)(1)忽略发电机定子电流的非周期分量和与之对应的转子电流的周期分量忽略发电机定子电流的非周期分量和与之对应的转子电流的周期分量. .(2)(2)发生不对称故障时发生不对称故障时, ,不计零序和负序电流对转子运动的影响不计零序和负序电流对转子运动的影响. .(3)(3)忽略暂态过程中发电机的附加损

3、耗忽略暂态过程中发电机的附加损耗(4)(4)不考虑频率变化对系统参数的影响不考虑频率变化对系统参数的影响(5)(5)发电机采用发电机采用E E恒定的简化模型恒定的简化模型( (不考虑发电机调速器的作用）不考虑发电机调速器的作用）发电机电磁功发电机电磁功率急剧变化率急剧变化大扰动大扰动发电机转发电机转速变化速变化转子上出现转子上出现不平很转矩不平很转矩功角功角变化变化简单电力系统暂态稳定性分析1.1.三种运行情况下的功率特性三种运行情况下的功率特性1.三种运行情况下的功率特性1 1）正常运行情况）正常运行情况2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEP1.三种运行情况下的功率特

4、性2 2）短路情况）短路情况XXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP1.三种运行情况下的功率特性3 3）短路切除后情况）短路切除后情况21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP1.三种运行情况下的功率特性2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEPXXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP一般一般:X:XI IXXIIIIIIXXIIII三、等面积定则和极限切除角 转子由转子由0 0到到c c运动时过剩

5、转矩所作的功为运动时过剩转矩所作的功为cc adPMdW00用标么值计算时，因发电机转速偏离用标么值计算时，因发电机转速偏离同步转速不大，同步转速不大，11，于是，于是abcea)(00面积 ccdPPPdWIITa此面积称为加速面积，为转子动能此面积称为加速面积，为转子动能的增量。的增量。三、等面积定则和极限切除角 转子由转子由c c到到maxmax运动时过剩转矩所作的功为运动时过剩转矩所作的功为edfge)(maxmax面积 ccdPPMdWIIITb此面积称为减速面积，为动此面积称为减速面积，为动能增量的负值，转子动能减能增量的负值，转子动能减少，转速下降。少，转速下降。三、等面积定则和

6、极限切除角 转子由转子由c c到到maxmax运动时过剩转矩所作的功为运动时过剩转矩所作的功为edfge)(maxmax面积 ccdPPMdWIIITb此面积称为减速面积，为动此面积称为减速面积，为动能增量的负值，转子动能减能增量的负值，转子动能减少，转速下降。少，转速下降。三、等面积定则和极限切除角 等面积定则：等面积定则：功角达到功角达到maxmax时，加速过程中转子动能的增时，加速过程中转子动能的增量在加速过程中全部耗尽，转速恢复到同步转速，即加速量在加速过程中全部耗尽，转速恢复到同步转速，即加速面积等于减速面积，系统能面积等于减速面积，系统能 够稳定。够稳定。max00)()( ccd

7、PPdPPWWIIITIITba面积面积abceaabcea= =面积面积edfgeedfge 根据等面积定则可求得转子根据等面积定则可求得转子的的最大摇摆角最大摇摆角maxmax三、等面积定则和极限切除角 最小摇摆角最小摇摆角minminminmax0)()( SSdPPdPPIIITIIIT三、等面积定则和极限切除角 稳定条件：稳定条件：当切除角当切除角c c一定时，有一个最大可能的减速一定时，有一个最大可能的减速面积面积dfsdfse e，若此面积大于加速面积，则系统能够保持暂态，若此面积大于加速面积，则系统能够保持暂态稳定，否则系统暂态不稳定。稳定，否则系统暂态不稳定。SccdPPdP

8、PIIITIIT 0)()(0三、等面积定则和极限切除角 极限切除角极限切除角：加速面积等于最大可能的减速面积时的切除角。：加速面积等于最大可能的减速面积时的切除角。crcc mIII mIIdPPdPPlimlim00)sin()sin(00mIImIIImIIcrmIIIcrcPPPPP0001limcoscos)(cosmIIIcrPP01sin三、等面积定则和极限切除角 极限切除时间：与极限切除角对应的切除时间。极限切除时间：与极限切除角对应的切除时间。通过求解转子运动方程可得通过求解转子运动方程可得到与极限切除角对应的极限到与极限切除角对应的极限切除时间切除时间五、提高电力系统暂态稳

9、定性的措施1. 1. 快速切除故障，快速切除故障，2 2、自动重合闸、自动重合闸3 3、发电机强行励磁、发电机强行励磁4 4、快速关闭汽门、快速关闭汽门5 5、电气制动、电气制动6 6、变压器中性点经小阻抗接地、变压器中性点经小阻抗接地7 7、采用单元接线方式、采用单元接线方式8 8、连锁切机和切除部分负荷、连锁切机和切除部分负荷9 9、系统解列、系统解列1010、异步运行和再同步、异步运行和再同步变压器的并联运行变压器的并联运行 并联运行定义：并联运行定义： 将两台或者两台以上的变压器一、二次侧分别将两台或者两台以上的变压器一、二次侧分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电的运行方式。接在各

10、自的公共母线上，同时对负载供电的运行方式。 一、一、 变压器并联运行的条件变压器并联运行的条件并联运行优点并联运行优点 ： (1)提高供电可靠性；提高供电可靠性；(2)提高运行效率；提高运行效率； (3)减少备用容量，便于扩容。减少备用容量，便于扩容。 并联运行的理想情况并联运行的理想情况 (1)空载时，各台变压器一、二次绕组回路中没有环流；空载时，各台变压器一、二次绕组回路中没有环流； (2)负载时，各台变压器的负载系数相等，即各变压器负载时，各台变压器的负载系数相等，即各变压器的负载分配与各自的额定容量成正比；的负载分配与各自的额定容量成正比； (3)负载时，各变压器的负载电流同相位，这样

11、在总负负载时，各变压器的负载电流同相位，这样在总负载电流一定时，各变压器分担的电流值最小。载电流一定时，各变压器分担的电流值最小。并联运行的理想条件并联运行的理想条件 (1)变比相同；变比相同； (2)连结组的组号相同；连结组的组号相同； (3)各台变压器的短路阻抗标么值（或阻抗电压）各台变压器的短路阻抗标么值（或阻抗电压）相等；且短路阻抗角相等（即各变压器输出电流相等；且短路阻抗角相等（即各变压器输出电流同相位）。同相位）。 变比不等时的并联运行变比不等时的并联运行 假定两台变压器并联运行，（假定两台变压器并联运行，（2）、（）、（3）满足，（）满足，（1）不满足，且）不满足，且K1K211

12、212212UUUUUkk 空载时，电压差：空载时，电压差：环流：环流：12ckkUIZZ 两变压器折算到二次侧的短路阻抗两变压器折算到二次侧的短路阻抗负载后，各自的负载电流：负载后，各自的负载电流：211cLIII 222cLIII 变比小的第一台变压器电流大，满载；变比大的变比小的第一台变压器电流大，满载；变比大的第二台变压器电流小，欠载。第二台变压器电流小，欠载。结论：结论： 变压器变比不等并联运行时，会出现变压器变比不等并联运行时，会出现环流。不仅要增加额外的铜损，也使变压环流。不仅要增加额外的铜损，也使变压器的容量得不到充分利用。为此，需要限器的容量得不到充分利用。为此，需要限制环流

13、。通常要求空载环流不超过额定电制环流。通常要求空载环流不超过额定电流的流的10%，一般应使，一般应使不应大于不应大于1%k - kk =k kX100%结论：结论： 变压器变比不等并联运行时，会出现变压器变比不等并联运行时，会出现环流。不仅要增加额外的铜损，也使变压环流。不仅要增加额外的铜损，也使变压器的容量得不到充分利用。为此，需要限器的容量得不到充分利用。为此，需要限制环流。通常要求空载环流不超过额定电制环流。通常要求空载环流不超过额定电流的流的10%，一般应使，一般应使不应大于不应大于1%k - kk =k kX100% 连接组别对并联运行的影响连接组别对并联运行的影响变比相等，连接组别

14、不同，则二次侧的电压大小相等，但相位变比相等，连接组别不同，则二次侧的电压大小相等，但相位不同。不同。 以最小相位差的两变压器以最小相位差的两变压器Y，y0和和Y，d11为例：为例：2221UUU 电压差：电压差：U 21U 22U 30 21212sin150.518UUU 这样大的电压差产生的环流将超过额定电流这样大的电压差产生的环流将超过额定电流的许多倍。组别差得多，电压差越大，环流更大，的许多倍。组别差得多，电压差越大，环流更大，会将变压器烧毁。会将变压器烧毁。结论：连接组不同的变压器绝对不允许并联运行。结论：连接组不同的变压器绝对不允许并联运行。短路阻抗的标幺值不等时变压器的并联运行

15、短路阻抗的标幺值不等时变压器的并联运行变压器理想并联条件（变压器理想并联条件（1）、（）、（2）满足，（）满足，（3）不满足，即短路）不满足，即短路阻抗标么值不等。阻抗标么值不等。121212kkIIIIZIZ 并联运行时简值等效电路并联运行时简值等效电路11221212kkUUNNIINININNIZIZ 1122*kkIZIZ 1212*11:kkIIZZ 1212*11:kkIIZZ 结论：短路阻抗标么值不相等的变压器并结论：短路阻抗标么值不相等的变压器并联运行时，短路阻抗标么值小的变压器先达联运行时，短路阻抗标么值小的变压器先达到满载。到满载。 变压器并联运行由于短路阻抗标么值不变压器

16、并联运行由于短路阻抗标么值不相等而将导致负载分配不均。短路阻抗标么相等而将导致负载分配不均。短路阻抗标么值愈小，负载系数愈大，愈容易过载。值愈小，负载系数愈大，愈容易过载。 为了使变压器容量得到充分利用，要为了使变压器容量得到充分利用，要求各台变压器的短路阻抗标么值差别不要求各台变压器的短路阻抗标么值差别不要太大。太大。 在运行规程中规定最大容量与最小容在运行规程中规定最大容量与最小容量之比不应超过量之比不应超过31。结论：结论：变压器相间短路后备保护及过负变压器相间短路后备保护及过负荷保护荷保护 变压器相间短路的后备保护可采用过电流保护、低电压起动的过电流保护、复合电压起动的过电流保护或负序

17、电流保护等。 过电流保护保护的起动电流按躲过变压器的最大负荷电流整定保护的起动电流按躲过变压器的最大负荷电流整定 3、变压器的最大负荷电流的确定、变压器的最大负荷电流的确定 （1）对并联运行的变压器，应考虑切除一台变压器后的负荷电流。当各台变压器的容量相同时，可按下式计算： （2）对降压变压器，应考虑负荷中电动机自起动时的最大电流。 保护的灵敏系数按下式校验：保护的灵敏系数按下式校验： 要求：作为近后备保护，取变压器低压侧母线为校验点，要求Ksen=1.52.0；作为远后备保护，取相邻线路末端为校验点，要求Ksen1.2。 5、保护的动作时限、保护的动作时限 应比相邻元件保护的最大动作时限大一

18、个阶梯时限t。 低电压启动的过电流保护 保护的启动元件包括电流继电器和低电压继电器，只要当电流元件和电压元件同时动作后，才能起动时间继电器经预定时间后，起动出口中间继电器动作与跳闸。 （1）电流元件的起动电流按躲过变压器的额定电流整定 （2）低电压元件的起动电压应小于正常运行时最低工作电压，同时，外部故障切除后，电动机起动的过程中，它必须返回。根据运行经验，通常用 4、灵敏系数校验 （1）电流元件的灵敏系数校验 与过电流的校验相同 （2）电压元件的灵敏系数按下式校验： 复合电压启动的过电流保护 保护由三部分组成： 电流元件、电压元件（含负序电压继电器KVN和低电压继电器KV）、时间元件。 装置

19、动作情况如下： （1）当发生不对称短路时，故障相电流继电器动作，同时负序电压继电器动作，其动断触点断开，致使低电压继电器KV失压，动断触点闭合，起动闭锁中间继电器KM。相电流继电器通过KM常开触点起动时间继电器KT，经整定延时起动信号和出口继电器，将变压器两侧断路器断开。（2）当发生对称短路时，由于短路初始瞬间也会出现短时的负序电压，KVN也会动作，使KV失去电压。当负序电压消失后，KVN返回，动断触点闭合，此时加于KV线圈上的电压已是对称短路时的低电压，只要该电压小于低电压继电器的返回电压KV不致于返回，而且KV的返回电压是其起动电压的Kre（大于1）倍，因此，电压元件的灵敏度可提高Kre倍。复合电压启动的过流保护在对称短路和不对称短路时都有较高的灵敏度。 负序电压继电器的起动电压按躲开正常运行情况下负序电压滤过器输出的最大不平衡电压整定。根据运行经验，取 复合电压启动的过电流保护的优点：(1)由于负序电压继电器的整定值较小，因此对于