河海电力系统暂态分析复习思考题

电力系统暂态分析简答题及参考答案绪论：1、电力系统运行状态的分类答：电力系统的运行状态分为稳态运行和暂态过程两种，其中暂态过程又分为波过程、电磁暂态过程和机电暂态过程。波过程主要研究与大气过电压和操作过电压有关的电压波和电流波的传递过程；电磁过渡过程主要研究与各种短路故障和断线故障有关的电压、电流的变化，有时也涉及功率的变化；机电暂态过程主要研究电力系统受到干扰时，发电机转速、功角、功率的变化。2、电力系统的干扰指什么？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。3、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，如果其运行参量变化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是常数（平均值），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。4、为简化计算在电力系统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。第一章：1、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。断线故障（又称纵向故障）指三相一相断开（一相断线）或两相断开（两相断线）的运行状态。2、短路的危害答：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。3、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。4、中性点直接接地系统中各种短路故障发生的概率答：中性点直接接地系统中发生概率最高的是单相接地短路（约65%），其他依次是两相短路接地（约20%）、两相短路（约10%）、三相短路（约5%）。5、复杂故障答：系统中不同地点同时发生故障称为复杂故障。6、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。7、无限大功率电源及其相对性答：容量为无限大的电源称为无限大功率电源，其特点是电源内阻抗等于零，端电压与频率保持不变。当实际电源的内阻抗占短路回路总阻抗的比例小于10%时可以视为无限大功率电源。8、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、非周期分量出现的原因、非周期分量取得最大值的条件及三相非周期分量电流起始值的关系答：非周期分量是为了维持短路瞬间电流不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（在不计各元件电阻情况下）；三相非周期分量的起始值不同，如果短路前空载，则有三相非周期分量起始值之和为零，因为它们分别等于短路后瞬间各自所在相周期分量瞬时值的负值，由于三相周期分量对称，其瞬时值之和为零，所以三相非周期分量起始值之和为零。10、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，它出现在短路发生后约二分之一周期时，短路冲击电流可以由PmMIKi2计算，其中mK称为短路冲击系数，在12MW以上机组机端短路时取1.9，其他情况下短路时取1.8；pI为短路电流周期分量的有效值。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，它同样出现在短路发生后约二分之一周期时，它可以由2)1(21mPMKII计算。第二章同步发电机突然三相短路分析1、分析同步发电机三相短路时假定发电机磁路不饱和的目的是什么？答：当磁路不饱和时，发电机的各种电抗为常数，发电机的等值电路为等值电路，这就为分析中应用迭加原理创造了条件。2、同步发电机机端突然三相短路时，定子绕组电流中包含哪些电流分量？转子励磁绕组中包含哪些电流分量？阻尼绕组中包含哪些电流分量?它们的对应关系和变化规律是什么？答：定子电流中包含基频周期分量、非周期分量和倍频分量；转子励磁绕组中包含强制直流分量、自由非周期分量和基频交流自由分量；d轴阻尼绕组中包含非周期自由分量和基频交流自由分量；q轴阻尼绕组中仅包含基频交流分量。定子绕组中基频周期分量电流与d轴阻尼绕组、励磁绕组中的非周期分量相对应，并随着转子励磁绕组中非周期自由分量和d轴阻尼绕组中非周期分量的衰减而最终达到稳态值（与转子励磁绕组中强制直流分量相对应）；定子绕组中非周期分量和倍频分量与转子励磁绕组、阻尼绕组中的基频交流分量相对应，并随着定子绕组非周期分量和倍频分量衰减到零而衰减到零。3、发电机的各种电抗及其对应的磁路答：（略）4、同步发电机稳态运行情况下的相量图、等值电路及空载电动势|0|qE的计算1）隐极机2|0|2|0||0||0|)cos()sin(ddqxIxIUE2）凸极机5、不计阻尼绕组影响时计算短路电流周期分量起始有效值的近似等值电路答：图中dxIjUE|0||0||0|6、计及阻尼绕组影响时计算短路电流周期分量起始有效值的近似等值电路答：图中dxIjUE|0||0||0|7、同步发电机原始磁链方程中哪些电感系数为常数？哪些电感系数是变化的？变化的原因是什么？答：凸极式同步发电机原始磁链方程中，转子各绕组的自感系数、转子各绕组之间的互感系数为常数；定子绕组的自感系数、定子绕组间的互感系数、定子各绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化，变化的原因有二，一是凸极式同步发电机转子在d轴和q轴方向磁路不对称，二是定子绕组和转子绕组之间存在相对运动。隐极式同步发电机原始磁链方程中，转子各绕组的自感系数、转子各绕组之间的互感系数为常数、定子绕组的自感系数、定子绕组间的互感系数均为常数；定子各绕组与转子各绕组之间的互感系数是变化的，变化的原因是定子绕组和转子绕组之间存在相对运动。8、什么是派克变换？派克变换的目的是什么？答：派克变换是将空间静止不动定子A、B、C三相绕组用两个随转子同步旋转的绕组和一个零轴绕组来等效替换，两个随转子同步旋转的绕组一个位于转子d轴方向，称为d轴等效绕组；一个位于q轴方向称为q轴等效绕组。派克变换的目的是将原始磁链方程中的变系数变换为常系数，从而使发电机的原始电压方程由变系数微分方程变换为常系数微分方程，以便于分析计算。9、派克变换的等效体现在何处？其变换规律是什么？答：派克变换的等效体现在变换前后气隙合成磁场保持不变。派克变换的规律是：1）A、B、C三相绕组系统中基频周期分量变换为d、q、0绕组系统中非周期分量；2）将A、B、C三相绕组系统中非周期分量（含倍频分量）变换为d、q、0绕组系统中的基频周期分量。第三章：三相短路电流的实用计算1、三相短路实用计算的内容有哪些？答：三相短路实用计算的内容有：1）计算短路电流基频交流分量的起始有效值)II或（,并由此求得最大冲击电流：IKIKimmmm2最大有效值电流：2)1(21mMKII2）求任意时刻的短路电流周期分量有效值2、三相短路电流实用计算中都采用了那些基本假设？答：1）同步发电机采用的基本假设电机为理想电机；各发电机都用dx（或dx）作为等值电抗，即假设：qdxx、qqdxxx，此时发电机的电压方程为：dxIjUE（或dxIjUE），发电机的等值电路如下图；假设各发电机电势同相位；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，还可进一步假设其值为1。2）对负荷采用的假设一般情况忽略负荷电流的影响，因为负荷电流较短路电流小的多，但在短路点附近有较大容量的电动机时，则需要计及其对短路电流的影响。3）网络方面采用的假设忽略各元件电阻和对地导纳支路的影响（对于电缆线路和低压网络的线路需计及电阻影响，并用22xrz代替电抗进行计算）。变压器的变比取平均额定电压之比。3、发电机的参数和正常运行时以发电机额定值为基准的端电压、端电流标幺值以及功率因数如下图所示，若发电机的励磁电压不变，试计算发电机机端短路时短路电流周期分量起始有效值和稳态有效值的有名值。解：取发电机额定电压和额定容量作为基准值，即KVUMVASBB5.105.128.010、,则电流的基准值为)(687.05.1035.12KAIB短路前发电机的空载电动势和次暂态电动势的标幺值分别为：72.2)8.021()6.0211()cos()sin(222|0||0|2|0||0||0||0|ddqxIxIUE131.1)8.02.01()6.02.011()cos()sin(222|0||0|2|0||0||0||0|ddqxIxIUE稳态短路电流有效值的标幺值和短路电流周期分量起始有效值的标幺值分别为：36.1272.2|0|*dqxEI655.52.0131.1|0|*dxEI稳态短路电流有效值和短路电流周期分量起始有效值的有名值分别为：)(934687.036.1*AIIIB)(3885687.0655.5*AIIIB4、用近似计算法计算下图所示网络中f点发生三相短路时，短路点的短路电流周期分量起始有效值和各发电机所提供的短路电流周期分量起始有效值，以及短路点和发电机支路的短路冲击电流和最大有效值电流。解：1、计算各元件的电抗标幺值取pBBUUMVAS、100，则有：105.0100%21KTTUxx、0525.0100%3nBKTSSUx2.0cos21nnBdGGPSxxx302.01151001004.010022132BBLLUSxxx151.0115100504.0502211BBLUSxx2、计算短路点和各发电机供给的短路电流以及短路点和各发电机支路的冲击电流和最大有效值电流对321LLLxxx、、构成的三角形接线进行星形－三角形变换后的等值电路和最后的等值电路如下图所示，由图可得短路点短路电流周期分量的标幺值和有效值、冲击电流、最大有效值电流的有名值为：8563.15387.01*fI、)(28973731008563.1AIf、)(7373289728.12AIKIfmfim、)(4403289752.152.1AIIffM再根据电路的对称性可得各发电机支路的电流的有效值、冲击电流和最大有效值电流如下：9281.02/**2*1fGGIII、)(51035.1031009281.021AIIGG、)(12989510328.121AIIimGimG、)(7757510352.152.121AIIIGMGMG5、采用运算曲线法计算任意时刻短路电流周期分量有效值时是否考虑负荷的影响？为什么？答：采用运算曲线法计算任意时刻短路电流周