电力系统习题课 2.

电力系统习题课电力系统运行稳定性的基本概念电力系统稳定电压稳定频率稳定功角稳定静态稳定（小干扰稳定）暂态稳定动态稳定机电暂态过程•暂态稳定性：指系统受到大扰动后，各同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力。电力系统暂态稳定性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.电力系统机电暂态过程特点2.基本假设(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.(2)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.(3)忽略暂态过程中发电机的附加损耗(4)不考虑频率变化对系统参数的影响(5)发电机采用E′恒定的简化模型(不考虑发电机调速器的作用）发电机电磁功率急剧变化大扰动发电机转速变化转子上出现不平很转矩功角变化简单电力系统暂态稳定性分析1.三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）正常运行情况2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEP1.三种运行情况下的功率特性2）短路情况XXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP1.三种运行情况下的功率特性3）短路切除后情况21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP1.三种运行情况下的功率特性2121TLTdIXXXXXsinsinmII00IPXVEPXXXXXXXTLTdIII2121sinsin00mIIIIIIPXVEP21TLTdIIIXXXXXsinsin00mIIIIIIIIIPXVEP一般:XIXIIIXII三、等面积定则和极限切除角•转子由δ0到δc运动时过剩转矩所作的功为ccadPMdW00用标么值计算时，因发电机转速偏离同步转速不大，ω≈1，于是abcea)(00面积ccdPPPdWIITa此面积称为加速面积，为转子动能的增量。三、等面积定则和极限切除角•转子由δc到δmax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，为动能增量的负值，转子动能减少，转速下降。三、等面积定则和极限切除角•转子由δc到δmax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，为动能增量的负值，转子动能减少，转速下降。三、等面积定则和极限切除角•等面积定则：功角达到δmax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，即加速面积等于减速面积，系统能够稳定。max00)()(ccdPPdPPWWIIITIITba｜面积abcea｜=｜面积edfge｜根据等面积定则可求得转子的最大摇摆角δmax三、等面积定则和极限切除角•最小摇摆角δminminmax0)()(SSdPPdPPIIITIIIT三、等面积定则和极限切除角•稳定条件：当切除角δc一定时，有一个最大可能的减速面积dfs′e，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。SccdPPdPPIIITIIT0)()(0三、等面积定则和极限切除角•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。crccmIIImIIdPPdPPlimlim00)sin()sin(00mIImIIImIIcrmIIIcrcPPPPP0001limcoscos)(cosmIIIcrPP01sin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。通过求解转子运动方程可得到与极限切除角对应的极限切除时间五、提高电力系统暂态稳定性的措施1.快速切除故障，2、自动重合闸3、发电机强行励磁4、快速关闭汽门5、电气制动6、变压器中性点经小阻抗接地7、采用单元接线方式8、连锁切机和切除部分负荷9、系统解列10、异步运行和再同步变压器的并联运行并联运行定义：将两台或者两台以上的变压器一、二次侧分别接在各自的公共母线上，同时对负载供电的运行方式。一、变压器并联运行的条件并联运行优点：(1)提高供电可靠性；(2)提高运行效率；(3)减少备用容量，便于扩容。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；(2)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；(3)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。并联运行的理想条件(1)变比相同；(2)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）相等；且短路阻抗角相等（即各变压器输出电流同相位）。变比不等时的并联运行假定两台变压器并联运行，（2）、（3）满足，（1）不满足，且K1K211212212UUUUUkk空载时，电压差：环流：12ckkUIZZ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：211cLIII222cLIII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。结论：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流的10%，一般应使不应大于1%k-kk=kkX100%结论：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流的10%，一般应使不应大于1%k-kk=kkX100%连接组别对并联运行的影响变比相等，连接组别不同，则二次侧的电压大小相等，但相位不同。以最小相位差的两变压器Y，y0和Y，d11为例：2221UUU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。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变压器理想并联条件（1）、（2）满足，（3）不满足，即短路阻抗标么值不等。121212kkIIIIZIZ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联运行时，短路阻抗标么值小的变压器先达到满载。变压器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，要求各台变压器的短路阻抗标么值差别不要太大。在运行规程中规定最大容量与最小容量之比不应超过3∶1。结论：变压器相间短路后备保护及过负荷保护•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3、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：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=1.5～2.0；作为远后备保护，取相邻线路末端为校验点，要求Ksen≥1.2。5、保护的动作时限应比相邻元件保护的最大动作时限大一个阶梯时限△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，因此对于不对称短路，其灵敏系数较高。(2)对于对称短路，电压元件的灵敏性可提高1.15～1.2倍。(3)由于保护反应负序电压，因此对于变压器后的不对称短路，与变压器的接线方式无关。负序过电流保护•2、保护装置组成由电流继电器和负序电流滤过器Z以及一套低电压启动的过电流保护组成。3、负序电流保护的起动电流按以下条件选择。(1)躲开变压器正常运行时负序电流滤过器出口的最大不平衡电流，其值一般为(0.1～0.2)IN.T(2)躲开线路一相断线时引起的负序电流。(3)与相邻元件上的负序电流保护在灵敏度上配合。•33．关于同步发电机定子绕组与转子绕组的互感系数，下面正确的是（A）•A．所有同步发电机定子绕组与转子绕组的互感系数都是随转子转动周期性变化的•B．隐极式同步发电机定子绕组与转子绕组的互感系数是常数•C．凸极式同步发电机定子绕组与转子绕组的互感系数是常数•D．所有同步发电机定子绕组与转子绕组的互感系数都是常数•答案提示：•1.定子各相绕组的自感和定子绕组之间的互感•对于隐极机，由于转子在旋转过程中与定子绕组自感及定子绕组间的互感相关的磁路的磁阻不发生变化，因而定子各相绕组的自感和定子绕组之间的互感都是常数。对于凸极机则跟位置角有关。•2.定子绕组与转子绕组之间的互感•均与位置角有关•3.转子各绕组的自感和转子绕组之间的互感•由于转子绕组随转子一起旋转，因而无论是凸极机还是隐极机，这些绕组的磁路的磁阻都不因转子位置的改变和变化，这样转子绕组的自感及转子绕组之间的互感均为常数。