大工21春《电力系统分析》复习资料十一
电力系统分析辅导资料十一主 题：第七章电力系统故障的基本知识及简单分析（第1-4节）学习时间：2020年6月8日--6月14日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘：信仰、信念、信心，任何时候都至关重要。小到一个人、一个集体，大到一个政党、一个民族、一个国家，只要有信仰、信念、信心，就会愈挫愈奋、愈战愈勇，否则就会不战自败、不打自垮。无论过去、现在还是将来，对马克思主义的信仰，对中国特色社会主义的信念，对实现中华民族伟大复兴中国梦的信心，都是指引和支撑中国人民站起来、富起来、强起来的强大精神力量。
摘选自《在庆祝改革开放40周年大会上的讲话》习近平《论全面深化改革》课程内容：
第七章电力系统故障的基本知识及简单分析
这周我们将学习第七章中的第1-4节，下面我们开始一起学习吧。第一节 故障的基本知识
1.故障的分类
2.短路
在电力系统中，正常运行时，相与相或相与地之间的连接都要通过用电设备，如电动机、电灯等，不连接用电设备的地方应当是相互绝缘的。电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地之间的连接即为短路，又称横向故障。
（1）短路的分类
（2）短路的一般化理解
即不同类型的短路，相当于在短路点接一个各相阻抗不同，中心点接地方式不同的三相负载。
（3）短路的原因
1）外部原因：雷击、风暴、动物、污染、人为误操作
2）内部原因：绝缘老化
（4）短路的危害
1）电流危害
机端短路电流：额定电流的10-15倍；
发热：线路发热、短路点电弧发热烧毁设备，这就要求设备由足够的热稳定度；
电动力：导体变形，损坏设备，这就要求设备有足够的动稳定度。
2）电压危害
电压降低：短路相短路点附近电压降低；
电压升高：可能致其他项电压升高。
3）稳定性危害
短路导致能量送出受限——发电机的输入功率和输出功率不平衡——时间较长，会造成发电机失步——稳定破坏，引起大面积停电。
4）通讯危害
不对称接地短路——不平衡电流——不平衡磁通——通信电路感应电动势——通信干扰
（5）短路的应对
1）快速切除故障（继电保护设备）
2）快速恢复线路供电（自动重合闸）
3）降低短路发生概率（规程、制度）
（6）短路计算的内容及意义
1）内容：
短路冲击电流(短路后的最大电流瞬时值)——检验设备动稳定性；
最大有效值电流（短路后电流的最大有效值）——检验断路器开断能力、热稳定性。
2）意义
短路计算是电力系统设计基础，是选择电气接线、电气设备和载流导体的依据，是配置继保装置并整定其参数的依据，限制短路电流措施的依据。第二节 无限大容量电源供电的电力系统三相短路分析
1.无限大容量电源
（1）定义：电源端口的电压幅值和频率不随着负载的变化而变化的电源。
这意味着：短路前后电源端口电压幅值、频率均为恒定，电源的内阻抗为0。
（2）现实：真正的无限大容量电源不存在。
如果由短路所引起的送出功率的变化量ΔS远小于电源的容量S，则可近似认为该电源为无线大容量电源。此时，由于ΔP<<P（电源有功容量），因此可认为短路过程中电源的频率是不变的；由于 ΔQ<<Q（电源无功容量），因此可认为短路过程中电源的电压是不变的。
（3）现实实例：如果系统中电源很多，且短路点距离电源的电气距离较远，则可把系统看做一个等值的无限大容量电源。
（4）判断一个电源（系统）能否作为无限大容量电源的依据
以供电电源（系统）的内阻抗与短路回路的总阻抗的相对大小来判断。通常，当二者的比值小于10%时，可认为该供电电源（系统）为无限大容量电源。
2.无限大容量电源三相短路暂态规程分析
（1）简单无限大电源供电系统
（2）短路前（稳定运行时）电流分析
其中，,
（3）三相短路过程中电流分析
特征：对于无限大容量电源系统，发生短路过程中，由于电源端口的电压和频率保持不变，因此，可忽略电源内部的暂态过程。
1）短路后电流的数学分析
①因三相对称，取A相分析
②利用微分方程定义瞬态
③求解该微分方程，可得：
全电流表达式
其中,,—衰减时间常数
第一项为特解，是强制分量又称交流分量，第二项是通解，是自由分量又称直流分量。
④根据短路前后电流不突变原则，求解
含义是短路前电流强制分量的瞬时值和短路后电流强制分量的瞬时值之差。
⑤写出全电流形式
⑥三相全电流表达式
（t>0）
⑦Ta的数量级
Ta的数量级为10-2,由于直流分量大约3~5个波形周期即衰减至零,故直流分量经过3*0.02=0.06秒左右即衰减完毕。
2）短路后电流的图形分析 以A相为例
3）短路冲击电流分析
短路冲击电流是在最严重短路情况下的短路电流最大瞬时值。由上图可看出，由于交流分量幅值不变，所以直流分量初始值幅值越大，短路后的电流瞬时值越大。根据直流分量初始值公式，可知|C|最大的条件，。短路冲击电流发生在短路后半个周期T/2。将这些冲击电流的条件带入全电流表达式，可得冲击电流表达式：
其中，称之为冲击系数。可看出，该系数由Ta决定，也就是与线路回路中的电抗与电阻的相对值大小有关。在实际系统中一般取1.8—1.9。
4）短路电流的最大有效值
由上图（冲击电流示意图）可看出，短路后第一个周期内的电流有效值最大。因此，短路电流的最大有效值即为短路后第一个周期内的电流有效值。
短路电流最大有效值的作用：检验电气设备的断流能力和耐力强度。第三节 同步发电机端口突然三相短路分析
1.同步发电机端口突然短路后的基频电流波形图
可分解为交流分量（强制分量）和直流分量（自有分量）。
直流分量的初值为短路前交流分量的瞬时值和短路后交流分量的瞬时值之差，即直流分量的出现是为了保证电流不突变。
交流分量的幅值随时间逐步衰减至恒定值。
2.短路电流基频交流分量的初始有效值计算
（1）计算短路电流交流分量初始有效值的意义
可根据计算得到冲击电流：
可根据计算得到短路电流的最大有效值
因此，一般所说的短路电流计算，就是指短路电流交流分量的初始有效值 的计算
（2）短路电流交流分量初始有效值的计算原理
要计算短路初始时刻的电流基频交流分量的有效值，可首先：把发电机用次暂态电压源模型表示，然后即可利用稳态计算的方法计算出
3.短路电流基频交流分量的稳态有效值的计算第四节 电力系统三相短路的实用计算
三相短路计算的内容是短路电流交流分量的初始有效值的计算，也即次暂态电流的计算。
计算的原理：把发电机用次暂态电压源模型表示，然后采用稳态交流计算的计算方法计算电流即可。
实用计算：近似简化一些计算条件、采用实用化的计算方法
1.计算条件的近似简化
电源：理想发电机
负荷：忽略综合性负荷，但须考虑短路点附近的大型电动机
电网：可忽略线路对地电容和变压器励磁回路（即除发电机和大型电动机外没有对地支路）。计算高压网时可忽略电阻。参数计算可采用平均额定电压。
短路点：忽略电弧电阻，假设直接接地
2.实用化的计算方法---叠加法
（1）以如下假单电力系统分析叠加法
叠加原理求解法：
（2）一般化电力系统的叠加法原理
本周要求掌握的内容如下：
什么是短路？短路与正常接负载运行有何不同？
短路的类型
短路的原因
短路的危害
应对短路的措施
为何要进行短路计算
短路电流有何特征？习题
（一）选择题：
1、下列关于无限大容量电源说法不正确的是（ ）。
A．真正的无限大容量电源不存在
B．电源的内阻抗为无穷大
C．短路前后电源端口电压幅值恒定
D．短路前后电源频率恒定
答案：B
（二）判断题：
1、如果系统中电源很多，且短路点距离电源的电气距离较远，则可把系统看作一个等值的无限大容量电源。 （正确）
2、电力系统的故障分为简单故障和负荷故障。 （正确）
（三）简答题
1、什么是负荷的有功功率—频率静态特性？
答：当电力系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率-频率静态特性。
2、简述如何选择电压中枢点？
答：通常选取区域性水、火电厂的高压母线、枢纽变电所二次母线、有大量地方负荷的发电厂母线、城市直降变电所二次母线为电压中枢点。
东财作业答案可以联系QQ 76129 6021
页:
[1]