电力系统暂态分析学习课件

M
M
fM
fh
调相机
运行于电动机状态，但不带机械负载，只向电力系统提供无功功率的同步电机。 又称同步补偿机。用于改善电网功率因数，维持电网电压水平。 电力系统中的 主要负载是异步电动机和变压器。这些设备均从电网汲取大量的无功功率以供 其励磁之用。所以，电网担负着很大一部分电感性的无功电流，导致电网的功 率因数降低，以致发电机和输配电设备的作用不能充分发挥，线路损耗和电压 损失增大，输电质量变坏，甚至影响输电的稳定性。由于同步电机处在过励状 态时，可以从电网汲取相位超前于电压的电流，从而改善电网的功率因数（见 功率因数的提高，因此在过去的生产实际中，除选用一部分同步电动机外，还 在电网的受电端装设一些同步调相机，用于改善电网的功率因数。根据电网负 载情况的不同，适当调节调相机的励磁电流，可改变调相机汲取的无功功率， 使电网的功率因数接近于1。此外,在长距离输电线路中，线路电压降随负载情况 的不同而发生变化，如果在输电线的受电端装一同步调相机，在电网负载重时， 让其过励运行，减少输电线中滞后的无功电流分量，从而可减少线路压降；在 输电线轻载的情况下，让其欠励运行，吸收滞后的无功电流，可防止电网电压 上升，从而维持电网的电压在一定的水平上。同步调相机还有提高电力系统稳 定性的作用。 同步调相机的结构基本上与同步电动机相同，只是由于它不带机 械负载，转轴可以细些。如果它具有自起动能力,则其转子可以做成没有轴伸,便 于密封。同步调相机经常运行在过励状态,励磁电流较大,损耗也比较大，发热比 较严重。容量较大的同步调相机常采用氢气冷却。随着电力电子技术的发展和 静止无功补偿器 (SVC)的推广使用，调相机现已很少使用。
第一节 短路电流交流分量初始值的计算
对于电源，发电机的等值电动势为次暂态电动势：



即： E " U j I x "
0
0
0d
对于调相机，等值电动势为次暂态电动势也为上式。
不计负荷时，短路前为空载，所有电源的次暂态 电动势均取为额定电压，即标幺值为1，且同相位。
记及负荷时，电压平衡方程为：
短路瞬时等值电路
异步电动机向量
X”的表达式： x"
x

xx r ad
x x
r
ad
x”与启动电抗相等，可直接由启动电流求得：
x"
x st
1/ I st
（1）
Ist标幺值一般为5，故x”近似取0.2
设正常时电动机的端电压为U（0），吸收电流为I（0），
则有：


E " U j I x"
200~500kw异步电动机
k 1.3 ~ 1.5 fM
500~1000kw异步电动机
k 1.5 ~ 1.7 fM
1000kw以上异步电动机
k 1.7 ~ 1.8 fM
同步电动机和调相机冲击系数之值和相同容量的同步
发电机的大约相同。
记及负荷影响时短路点的冲击电流为：
i k 2I"k 2I "
（7）短路电流的倍频分量略去不计，非周期分量仅作近
似地计算。
（8）有多台同步发电机的电力系统中，看作与一台同步
发电机短路电流周期分量的变化规律相同。
（9）各台发电机均用xd“作为其等值电抗，E”作为其等
值电势。即

E"

U
j

I
x
"虽然E“并不具有在突然短路前后不
d
突变的特性，但工程实用计算时，近似认为不突变。
第三章 电力系统三相短路电流的实用计算
短路电流的工程计算多数情况下只要求计算 短路电流基频交流分量的初始值，即次暂态 电流I’’这是由于使用快速保护和高速断路器后， 断路器开断时间小于0.1s；此外，若已知交流 分量起始值，即可近似计算直流分量以及冲 击电流。
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。
和电抗的标幺值为 E" 0.8, x" 0.35 ，暂态电抗中包
括电动机电抗0.2和降压变压器及馈电线路的估计电 抗0.15.
负荷的冲击电流为：
i k 2I "
M
fM
fh
负荷提供的起始次暂态电流的有效值
适当选取冲击系数kfm，可把周期电流的衰减估计进去。
小容量的电动机和综合负荷
k 1 fM
（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。当短路点附近有大容量的电 动机（机端电压下降较多），可能使异步电动机变成一个 能提供短路电流的电源时，需另作处理。
（3）不计磁路饱和：系统各元件的参数都是线性的，恒 定的，可以应用叠加原理。
（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。
(0)
(0)
(0)
其模值为：
E (U I x"sin )2 (I x"cos )2
(0)
(0)
(0)
(0)
(0)
(0)
U I x"sin
(0)
(0)
(0)
（2）
U（0），I（0），ψ（0）——短路前异步电动机的端电压，电流 以及电压电流的相角差。
实用计算中，若短路前为额定运行方式，x“取0.2，
E（0）”约为0.9，电动机端点短路的交流电流初始值 约为电动机额定电流的4.5倍；
若近似取E（0）”为1，则在电动机端点发生短路发 生时，其反馈的短路电流初始值就等于启动电流初
始值。
I " 1 / x" Ist 5
实用计算中，只对于短路点附近显著地供给短路电 流的大型电动机，才按上面（1）（2）算出次暂态 电抗和次暂态电动势。其余的电动机，则看做是系 统中负荷节点的综合负荷的一部分，综合负荷的参 数须由该地区用户的典型成分及配电网典型线路的 平均参数来确定。在短路瞬间，这个综合负荷也可 以近似地用含有暂态电势和次暂态电抗的等值支路 来表示，以额定运行参数为基准，综合负荷的电势
电流中存在直流分量和交流分量。 因为异步电动机的定子绕组和转 子鼠笼式短路条构成的等值绕组 的磁链，突然短路时不会突变。 所以定子和转子绕组中均感应有 直流分量电流。
异步电动机突然三相短路电流波形
可推想，可以用一个与转子绕组交链的磁链成正比的电动势， 称为次暂态电动势E”以及相应的次暂态电抗x“，作为定子交流 分量的等值电动势和电抗。次暂态电动势短路前后瞬间不变， 可以用E|0|”和x“计算初始电流。当短路瞬间异步电动机端电压 小于E|0|”时，异步电动机变成暂时电源向外供应短路电流。
（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。

E" i0
Байду номын сангаас
U i0
P j i0
jQ i0
x" d
U
i0
i 1,,G
G为发电机台数
短路后电网中的负荷用恒定阻抗表示为：
U2
Z
Di 0
Di P jQ
Di 0
Di 0
i 1,, L
L为负荷总数



E " U j I x"
(0)
(0)
(0)
同步发电机向量图
以异步电动机为例，失去电源后能提供短路电流 是机械和电磁惯性作用的结果。