電力系統(tǒng)暫態(tài)分析緒論

IntroductionofPowerSystemFaultAnalysis第十二講主要內(nèi)容1、電力系統(tǒng)暫態(tài)過程與穩(wěn)態(tài)運(yùn)行有何差別？2、電力系統(tǒng)短路的原因、后果及類型？3、如何分析電力系統(tǒng)短路？4、電源經(jīng)阻抗短路的電流由哪些部分組成？各部分有何特點(diǎn)？可以用相量計(jì)算嗎？1.電力系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)1、穩(wěn)態(tài)（SteadyState）：正常的、相對靜止的運(yùn)行狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行穩(wěn)態(tài)分析——電力系統(tǒng)正常的、三相對稱運(yùn)行狀態(tài)的分析和計(jì)算（如潮流計(jì)算）2、暫態(tài)過程（TransientProcess）：從一種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)向另一種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過渡過程。暫態(tài)過程暫態(tài)分析——分析過渡過程中電壓、電流。功率等隨時(shí)間的變化（如故障分析）電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)，能夠用相量分析需滿足的條件：節(jié)點(diǎn)電壓幅值、頻率、相位不隨時(shí)間變化；線路電流幅值、頻率、相位不隨時(shí)間變化。——穩(wěn)態(tài)分析與計(jì)算采用了相量分析法，用單相等值三相。嚴(yán)格來說，穩(wěn)態(tài)時(shí)運(yùn)行參量并不是常量，而是持續(xù)地在某一平均值（穩(wěn)態(tài)狀態(tài)）附近變化的量。變化很小，可近似認(rèn)為不變。相量的概念（穩(wěn)態(tài)）嚴(yán)格意義上，均應(yīng)不隨時(shí)間變化！對于電感：相量應(yīng)用的基礎(chǔ)常數(shù)暫態(tài)過程中，以上電參量的特點(diǎn)？電力系統(tǒng)處于暫態(tài)的特點(diǎn)——頻率變化2003.8.14美加大停電

－－離NewJersey700哩處頻率2003.8.14美加大停電

－－離NewJersey700哩處電壓電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)的特點(diǎn)——電壓變化電力系統(tǒng)受到干擾后進(jìn)入暫態(tài)過程；暫態(tài)過程中各電氣參量會(huì)發(fā)生劇烈變化，因此嚴(yán)格意義上不能用相量分析！用什么方法分析？提問：電力系統(tǒng)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻是否會(huì)引起電力系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過程？2、電力系統(tǒng)暫態(tài)過程介紹波過程：與運(yùn)行操作（如開關(guān)動(dòng)作）及雷擊時(shí)的過電壓有關(guān)，涉及電流、電壓波的傳播，過程最短暫（微秒～毫秒級）——高電壓工程電磁暫態(tài)過程：與短路、斷路等故障有關(guān)，涉及工頻電流、電壓幅值隨時(shí)間的變化，持續(xù)時(shí)間較波過程長（毫秒～妙）——故障分析！機(jī)電暫態(tài)過程：與系統(tǒng)振蕩、穩(wěn)定性破壞、異步運(yùn)行等有關(guān)，涉及發(fā)電機(jī)組功率、功角、轉(zhuǎn)速、系統(tǒng)頻率等隨時(shí)間的變化，過程持續(xù)時(shí)間較長（秒～分鐘）——穩(wěn)定性分析暫態(tài)過程的分類暫態(tài)過程產(chǎn)生的原因擾動(dòng)：短路故障（Short-CircuitFault）——最常見的嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，是大多半暫態(tài)過程的起因。

系統(tǒng)內(nèi)元件（發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、電動(dòng)機(jī)）不同相之間或相與地之間短路，或相內(nèi)短路（匝間短路）。負(fù)荷投切——常見，但不嚴(yán)重。穩(wěn)定狀態(tài)Steadystate暫態(tài)過程Steadystate新穩(wěn)定狀態(tài)NSteadystate擾動(dòng)Disturbance影響暫態(tài)過程的元件電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程取決于系統(tǒng)中的各元件：發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、電動(dòng)機(jī)等的暫態(tài)過程。發(fā)電機(jī)的暫態(tài)過程左右了電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程！3、電力系統(tǒng)短路的原因、后果及類型短路的原因絕緣受到污染或自然老化自然原因：風(fēng)、雪、冰、雷電、鳥、獸、蟲害。人為原因：運(yùn)行人員誤操作（未拆地線合閘、帶負(fù)荷拉隔離刀閘等）、人為事故、故意破壞、實(shí)驗(yàn)研究08年春天南方冰災(zāi)短路的后果產(chǎn)生大電流（上萬安培）：發(fā)熱（I2R），高溫?fù)p壞設(shè)備，電弧將許多東西短時(shí)融化（電弧焊）電磁力（F=BLI），損壞設(shè)備造成低電壓：電力設(shè)備無法正常工作，醫(yī)院、礦山引起危險(xiǎn)干擾以至于破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行如大電廠母線短路導(dǎo)致發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行，負(fù)荷中心短路將導(dǎo)致嚴(yán)重失去負(fù)荷?？偝隽εc總負(fù)荷不平衡導(dǎo)致發(fā)電機(jī)加速或減速，造成系統(tǒng)振蕩、頻率變化、發(fā)電機(jī)失步、電壓崩潰，從而造成局部以至于電力系統(tǒng)大面積停電，損失將極為嚴(yán)重。——最嚴(yán)重的后果不對稱短路對附件通信線路和無線電波會(huì)產(chǎn)生電磁干擾短路的后果

2005年3月29日在東北華北互聯(lián)電力系統(tǒng)進(jìn)行短路實(shí)驗(yàn)電力系統(tǒng)短路的類型三相短路symmetricalthree-phasefault兩相短路：line-to-linefault電力系統(tǒng)短路的類型兩相短路接地：doubleline-to-groundfault單相短路接地：singleline-to-groundfault各元件發(fā)生短路的概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果：110kV線路78.0%600kW以上發(fā)電機(jī)7.5%110kV變壓器6.5%110kV母線8.0%運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，架空輸電線是電力系統(tǒng)中比較薄弱的環(huán)節(jié)，發(fā)生短路的幾率最高。各種短路故障發(fā)生的概率三相短路5%（故障后，電路仍對稱）兩相短路4％（不對稱）兩相短路接地8％（不對稱）單相接地83％（不對稱）三相故障發(fā)生的概率小，但是最為嚴(yán)重，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響最大。短路電流計(jì)算的意義短路計(jì)算是電力系統(tǒng)的一項(xiàng)基本計(jì)算：是電氣設(shè)備選擇的依據(jù)；沖擊電流：電動(dòng)力穩(wěn)定度；若干時(shí)刻短路電流周期分量：熱穩(wěn)定度；特定時(shí)刻短路電流有效值：校驗(yàn)斷路器的分段能力。是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的依據(jù)（若廣東電網(wǎng)、上海電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，短路電流太大，不安全，難以選擇斷路器）；是電力系統(tǒng)配置繼電保護(hù)及確定參數(shù)的依據(jù)；是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制措施制定的依據(jù)。4、電力系統(tǒng)短路的分析方法短路發(fā)生時(shí)刻短路后的瞬間短路后進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)t短路后的不同階段短路故障的基本分析方法短路后的瞬間：各電氣量劇烈變化，采用微分方程分析，即：建立系統(tǒng)的微分方程模型（暫態(tài)模型），根據(jù)短路條件求解微分方程組。短路后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)：各電氣量幅值、相位、頻率均不再變化，采用相量分析（類似于穩(wěn)態(tài)計(jì)算），求解代數(shù)方程組。（對稱分量法）短路故障分析中的基本假設(shè)1、假定同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持不變：由于電磁暫態(tài)過程的時(shí)間很短，系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)變化非常微?。☉T性的原因）；2、各發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢間的相位角——相對功率角不變；3、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率保持不變。不考慮機(jī)電的相互作用！無窮大交流電源指電壓大小、頻率在任何擾動(dòng)下均不變的內(nèi)阻為零的交流電源均為常數(shù)。5、無窮大電源經(jīng)阻抗短路的分析無窮大電源經(jīng)阻抗短路的計(jì)算無窮大電源，在時(shí)刻t0經(jīng)電阻R及電感L突然短路：已知電源電壓：在開關(guān)S合上之前，求開關(guān)S合上后電流隨時(shí)間的變化。無窮大電源經(jīng)RL電路無窮大電源經(jīng)阻抗短路的計(jì)算開關(guān)S閉合后，電路的方程為：初始條件：一階常系數(shù)線性非齊次微分方程＋初始條件。怎么求解？無窮大電源經(jīng)RL電路非齊次微分方程的解＝齊次微分方程的通解＋非齊次微分方程的特解C

為任意常數(shù)其中方程的解：通解非齊次微分方程的特解如何確定常數(shù)C？在開關(guān)S合上瞬間，電感電流不能突變，因此有：代入通解得到：因此，無窮大電源經(jīng)RL短路短路電流為：電路阻抗電路的阻抗角交流分量不衰減衰減的直流分量衰減時(shí)間常數(shù):T=L/R與電源電壓大小U、阻抗Z有關(guān)；與短路時(shí)刻電源電壓相位與電路阻抗角的差有關(guān)。為不同值時(shí)，短路電流的波形直流分量為0直流分量最大總的電流的沖擊值最大！結(jié)論：在電感電路中，當(dāng)短路前為空載、初始相角為的情況下，短路沖擊電流最大。因此，在短路電流的實(shí)用計(jì)算中，可認(rèn)為短路前為空載。在一定時(shí)間之后，如