电力工程第四五章

电力工程第四五章第1页，共40页，2023年，2月20日，星期一第一节短路故障概述本节内容短路的概念短路的类型短路的原因短路的危害第2页，共40页，2023年，2月20日，星期一第一节短路故障概述短路的概念：单相载流导体与地、三相载流导体与地或三相载流导体之间的不正常的相互连接或被阻抗（或电阻）非常小的导体接通时的情况。短路的类型：对称短路：三相短路k(3)

不对称短路：单相接地短路，单相接中性点短路k(1)

两相短路，k(2)

两相短路接地，两相接地短路k(1.1)第3页，共40页，2023年，2月20日，星期一第一节短路故障概述第4页，共40页，2023年，2月20日，星期一第5页，共40页，2023年，2月20日，星期一第一节短路故障概述短路的原因：电气设备载流部分绝缘损坏；自然原因（大风、覆冰等）造成杆塔倒塌引起；误操作及误接；飞禽跨接裸导体；其它原因。第6页，共40页，2023年，2月20日，星期一第一节短路故障概述短路的危害：短路电流非常大，会产生很大热量、很高的温度，使故障元件和其它元件损坏；产生很大的电动力，该力使导体扭曲、变形、损坏；造成电压骤降，异步电动机转矩下降减速甚至停转；短路可造成停电，严重的短路要影响电力系统运行的稳定性，造成系统瘫痪；不对称短路时产生很强的不平衡交变磁场，对附近通信线路、电子设备、自动控制系统产生干扰。第7页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流本节内容计算短路电流的目的三相短路实用计算的基本假设无限大功率电源三相短路第8页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流计算短路电流的目的：短路电流计算结果是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。第9页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流三相短路实用计算的基本假设：（1）电势都同相位：短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都同相位。（2）负荷近似估计：或当作恒定电抗，或当作某种临时附加电源，视具体情况而定。（3）不计磁路饱和：系统各元件的参数都是恒定的，可以应用叠加原理。第10页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流（4）对称三相系统：除不对称故障处出现局部的不对称以外，实际的电力系统通常都当做是对称的。（5）纯电抗表示:忽略高压输电线的电阻和电容，忽略变压器的电阻和励磁电流（三相三柱式变压器的零序等值电路除外），加上所有发电机电势都同相位的条件，这就避免了复数运算。（6）金属性短路:短路处相与相（或地）的接触往往经过一定的电阻（如外物电阻、电弧电阻、接触电阻等），这种电阻通常称为“过渡电阻”。所谓金属性短路，就是不计过渡电阻的影响，即认为过渡电阻等于零的短路情况。第11页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流无限大功率电源是指端电压幅值和频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零，其三相短路如下图所示：第12页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流短路前电路处于稳态第13页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流假定t＝0时刻发生短路，A相的微分方程式如下：其解就是短路的全电流，由两部分组成：周期分量和非周期分量，即：

短路的全电流=周期分量+非周期分量第14页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流短路电流的周期/强制/交流分量（非齐次方程的特解）交流、稳定、幅值大小取决于电路参数第15页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流短路电流的非周期/自由/直流分量（齐次方程的通解）直流、衰减、衰减速度取决于电路参数第16页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流第17页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流第18页，共40页，2023年，2月20日，星期一第二节短路电流旋转相量在时间轴t上的投影等于在t=0时的值Em-电源电压Im-短路前电流Ipm-短路电流周期分量第19页，共40页，2023年，2月20日，星期一第五章

电力系统稳定问题第20页，共40页，2023年，2月20日，星期一第五章电力系统稳定第一节电力系统稳定问题概述第二节改善和提高稳定性的措施第21页，共40页，2023年，2月20日，星期一主要内容：稳定的概念与分类稳定的概念：电力系统能够运行于正常运行条件下的平衡状态，在受到干扰后能够恢复到允许的平衡状态。传统的稳定问题：在受到干扰情况下发电机之间维持同步运行的能力（角度稳定问题），分为静态、暂态稳定两个类型。第一节电力系统稳定问题概述第22页，共40页，2023年，2月20日，星期一电力系统稳定系统维持在平衡点运行的能力功角稳定保持同步运行的能力同步机转矩平衡电压稳定保证电压在可接受范围无功平衡暂态稳定大干扰第一摇摆周期时段：10秒中期稳定严重故障，电压和频率大幅波动快速和慢速动态过程几分钟长期稳定统一系统频率慢速过程几十分钟大干扰电压稳定大干扰开关动作ULTC、负荷动态过程保护和控制协调动作小扰动稳定无振荡失稳同步转矩不足振荡失稳阻尼转矩不足控制措施失稳小扰动电压稳定稳定状态：P-V、Q-V稳定裕度：无功储备厂站模式区域模式控制模式扭振模式电力系统稳定问题分类第23页，共40页，2023年，2月20日，星期一短期稳定，指在几秒钟内系统的稳定性；中期稳定，指几秒至几十秒内系统的稳定性；长期稳定，指几十秒至几十分钟范围的系统稳定性。按时间跨度分类第24页，共40页，2023年，2月20日，星期一系统受扰动后在较长时间内，出现的持续功率不平衡问题。其中包括：热力机组的锅炉动态、水利机组的引水管动态、自动发电控制、电厂和输电线保护/控制、变压器饱和、负荷和网络的非正常频率效应等。中期和长期稳定第25页，共40页，2023年，2月20日，星期一同步（功角）稳定性电压稳定性机械与电气联合系统的稳定性按决定稳定的物理因素分类第26页，共40页，2023年，2月20日，星期一概念：电力系统在额定运行条件下，遭受扰动之后系统中所有母线都持续地保持可接受的电压的能力。判断电压稳定的准则：对系统中的每一母线，在给定的运行条件下，当注入母线的无功功率增加时其母线电压幅值也同时增加。如果系统中至少有一个母线的电压幅值（V）随注入该母线的无功（Q）的增加而减小，则该系统是电压不稳定的。（对每个节点）dV/dQ≥0电压稳定，dV/dQ<0电压稳定电压不稳定和电压崩溃第27页，共40页，2023年，2月20日，星期一主要内容：大停电事故改善和提高稳定性的措施第二节改善和提高稳定性的措施第28页，共40页，2023年，2月20日，星期一我国电力系统稳定破坏事故：1972年湖北电网大面积停电事故1972年浙江电网瓦解事故1974年陕西电网振荡事故1979年水丰厂静稳破坏事故1980年安徽电网大面积停电事故1982年华中电网稳定破坏事故1983年华东电网解列事故1990年广东电网大停电事故1996年北京部分电网稳定事故大停电事故第29页，共40页，2023年，2月20日，星期一国外电力系统稳定破坏事故：1965年美国东部大停电事故1977年纽约大停电事故1978年法国大停电事故1982年加拿大魁北克系统大停电事故1983年瑞典电力系统停电事故1987年东京电力系统大停电事故1989年加拿大魁北克系统大停电事故2003年8月14日美加大停电事故大停电事故第30页，共40页，2023年，2月20日，星期一

2003年8月14日下午3时06分，美国俄亥俄州克里夫兰市郊外一条过热的电线下垂到一棵树上，引发一系列激烈的连锁反应，导致了北美有史以来最大规模的停电。由于这条输电线路失灵，使俄亥俄州其它电路承受极大的压力，过量电流传给俄亥俄州南部的一家电力公司，造成这家公司自动切断电路，在该州南部和北部之间形成了一道“电路墙”，阻隔了南北电流的互通。北边的克里夫兰因为电力不足，于是先从密歇根继而从加拿大的安大略省把大量的电吸过来，使更多的电线和发电厂超重负荷，供电系统瘫痪的危机延伸到纽约州的西北部，很快造成整个纽约州大停电。此次停电持续了29个小时，影响了美加东部9300平方公里的区域，使北美地区5000多万人口受到停电影响。100多个发电厂，包括22个核电厂，几十条高压输电线停运。系统失去了61.8GW负荷。成为有史以来对美加东部影响最大的停电。814大停电第31页，共40页，2023年，2月20日，星期一负责美加大面积停电事故调查的北美电力可靠性委员会披露了大停电的一些情况：这次事故的原因可能是电压变化、输电线故障和发电厂停电等问题共同造成的。814大停电第32页，共40页，2023年，2月20日，星期一全美国卫星图片第33页，共40页，2023年，2月20日，星期一814大停电前的卫星图片第34页，共40页，2023年，2月20日，星期一814大停电后的卫星图片第35页，共40页，2023年，2月20日，星期一惨痛的教训可以化为珍贵无比的经验。美加州电力危机，从某种程度上使人们对电力改革的长期性和复杂性有了新的认识，改革举措的出台也因此变得比较谨慎了。可以预计近年来美、英的大停电事故对整个电力系统今后的发展将会产生深刻的影响。大停电事故的影响第36页，共40页，2023年，2月20日，星期一应对和改进措施控制适当的电网规模对陈旧的电网的改善

1.加强日常维护

2.保证足够的备用容量

3.发展分散配置电网

4.开发分散式电源研发新的自动控制技术提高运行人员的素质加强管制，采用统一分层管理，促进信息协调加强经济、政策的引导作用建立紧急事故防御体系第37页，共40页，2023年，2月20日，星期一防止系统失稳的措施前期规划（几十年，几年）电源，线路，配电，负荷运行规划（年度，季度，周，天）检修安排，紧急检修，负荷在线/实时运行安全监视，预防控制，校正控制第38页，共40页，2023年，2月20日，星期一提