1、1電力系統暫態分析電力系統暫態分析2 Transient Analysis：暫態分析，瞬變、過：暫態分析，瞬變、過渡、暫時渡、暫時 物理特點：由一個狀態（初始狀態）變化物理特點：由一個狀態（初始狀態）變化到另一狀態（終止狀態）的過程分析，到另一狀態（終止狀態）的過程分析， 數學特點：用微分方程描述的過程分析。數學特點：用微分方程描述的過程分析。 應用：電力系統設計、規劃、控制等；應用：電力系統設計、規劃、控制等；緒論緒論(Introduction)3第一章第一章 電力系統故障分析的基本知識電力系統故障分析的基本知識 本章的主要內容是簡單介紹電力系統產本章的主要內容是簡單介紹電力系統產生故障的原

2、因、故障的種類、故障的分生故障的原因、故障的種類、故障的分類、故障的危害、短路計算的目的。類、故障的危害、短路計算的目的。介紹標幺制在故障分析中的應用。介紹標幺制在故障分析中的應用。最后仔細討論無限大功率電源供電的三相最后仔細討論無限大功率電源供電的三相短路電流分析。短路電流分析。4目錄目錄 第一節第一節 故障概述故障概述 第二節第二節 標么制標么制 第三節第三節 無限大功率電源供電的三相短路無限大功率電源供電的三相短路電流分析電流分析5第一節第一節 概述概述故障，事故，短路故障：正常運行情況以外的相故障，事故，短路故障：正常運行情況以外的相與相之間或相與地之間的連接。與相之間或相與地之間的連

3、接。1故障類型（電力系統故障分析中）故障類型（電力系統故障分析中） 名稱名稱 圖示圖示 符號符號 三相短路三相短路 二相短路二相短路 f（3） f ：fault f（2） 6 單相短路接地單相短路接地 二相短路接地二相短路接地 一相斷線一相斷線 二相斷線二相斷線 f（1） f（1，1） 7 產生短路的主要原因是電氣設備載流部分的相產生短路的主要原因是電氣設備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被損壞。間絕緣或相對地絕緣被損壞。如：例如架空輸電線的絕緣子，電氣設備載流部如：例如架空輸電線的絕緣子，電氣設備載流部分的絕緣材料在運行中損壞，運行人員在線路分的絕緣材料在運行中損壞，運行人員在線路檢修后末拆除

4、地線就加電壓等誤操作也會引起檢修后末拆除地線就加電壓等誤操作也會引起短路故障短路故障電力系統的短路故障大多數發生在架空線路部分電力系統的短路故障大多數發生在架空線路部分 短路對電力系統的正常運行和電氣設備有很大短路對電力系統的正常運行和電氣設備有很大的危害：的危害：8 1、短路電流值大大增加，短路點的電弧有可、短路電流值大大增加，短路點的電弧有可能燒壞電氣設備，短路電流通過電氣設備中的能燒壞電氣設備，短路電流通過電氣設備中的導體時，其熱效應會引起導體或其絕緣的損壞。導體時，其熱效應會引起導體或其絕緣的損壞。 2、導體也會受到很大的電動力的沖擊，致使、導體也會受到很大的電動力的沖擊，致使導體變形

5、，甚至損壞。導體變形，甚至損壞。 3、短路還會引起電網中電壓降低，特別是靠、短路還會引起電網中電壓降低，特別是靠近短路點處的電壓下降得最多，結果可能使部近短路點處的電壓下降得最多，結果可能使部分用戶的供電受到破壞。分用戶的供電受到破壞。9104、破壞系統的穩定，引起大片地區停電、破壞系統的穩定，引起大片地區停電5、不對稱接地短路所引起的不平衡電流產生不、不對稱接地短路所引起的不平衡電流產生不平衡磁通平衡磁通為了減少短路對電力系統的危害，可以采取限制為了減少短路對電力系統的危害，可以采取限制短路電流的措施：如加電抗器。短路電流的措施：如加電抗器。 短路問題是電力技術方面的基本問題之一。短路問題是

6、電力技術方面的基本問題之一。掌掌握短路發生以后的物理過程以及計算短路時各握短路發生以后的物理過程以及計算短路時各種運行參量種運行參量(電流、電壓等電流、電壓等)的計算方法是非常的計算方法是非常必要的必要的11 分類：分類： 形式上又可稱為短路故障、斷線故障（非全相運形式上又可稱為短路故障、斷線故障（非全相運行）行） （橫向與縱向）（橫向與縱向）分析方法上：不對稱故障、對稱故障（分析方法上：不對稱故障、對稱故障（f（3） 計算方法上：并聯型故障、串聯性故障計算方法上：并聯型故障、串聯性故障 簡單故障：在電力系統中只發生一個故障。簡單故障：在電力系統中只發生一個故障。 復雜故障：在電力系統中的不同

7、地點復雜故障：在電力系統中的不同地點（兩處以上）同時發生不對稱故障。（兩處以上）同時發生不對稱故障。12第二節第二節 標幺制標幺制一一 、 標幺值標幺值(P.U.)標幺值標幺值=有名值有名值基準值基準值二二 、 基準值的選取基準值的選取基準值的選取有一定的隨意性，工程中一般選擇慣基準值的選取有一定的隨意性，工程中一般選擇慣用值（用值（SB=100MVA、SB=1000MVA、UB=UN） 13 三相電路中基準值的基本關系三相電路中基準值的基本關系: 穩態分析：穩態分析： , 其中：其中：SB：三相功率三相功率 UB：線電壓線電壓 IB：星形等值電路中的相電流星形等值電路中的相電流 ZB：單相阻

8、抗：單相阻抗 短路分析中：短路分析中：ZB：單相阻抗：單相阻抗-故障分析中的等值故障分析中的等值電路計算與穩態分析相同電路計算與穩態分析相同 IB：星形等值電路中的相電流星形等值電路中的相電流 UB：相電壓？相電壓？3BBBSUI3BB BUI Z14三、基準值改變時標幺值的換算三、基準值改變時標幺值的換算 進行電力系統計算時，必須取統一的基準值。進行電力系統計算時，必須取統一的基準值。 若已知以設備本身額定值為基準值的標幺值若已知以設備本身額定值為基準值的標幺值X*(N)，求以系統基準值，求以系統基準值SB、UB為基準時的標幺為基準時的標幺值值X*(B). 例如：已知例如：已知US%，STN

9、，求在系統基準容量，求在系統基準容量SB時時的標幺值電抗？的標幺值電抗？ *()%100sNUx2*()2%1 0 0sT NBBT NBUUSxSU2*()*()2 NBBNBNUSxxUS額定容量額定容量SN小，則電抗小，則電抗x*（B）大，大，小機組、小變壓器的電抗大；小機組、小變壓器的電抗大； 簡單網絡計算中，選取簡單網絡計算中，選取SB=STN（SN），可減少參數的計算量。），可減少參數的計算量。1516四、變壓器聯系的不同電壓等級電網中各四、變壓器聯系的不同電壓等級電網中各元件參數標么值的計算元件參數標么值的計算 用標么值計算時，也就是在各元件參數用標么值計算時，也就是在各元件參數

10、的有名值歸算到同一個電壓等級后，在的有名值歸算到同一個電壓等級后，在此基礎上選定統一的基準值求各元件參此基礎上選定統一的基準值求各元件參數的標么值的。數的標么值的。 下面分別介紹準確計算下面分別介紹準確計算法和一種近似計算法。短路電流計算一法和一種近似計算法。短路電流計算一般采用近似計算法。般采用近似計算法。17(一一)準確計算法準確計算法10.5/121110/6.6w假設在圖中己選定第假設在圖中己選定第1段作為基本段，其它各段的段作為基本段，其它各段的參數均向這一段歸算，然后選擇功率基準值相電壓參數均向這一段歸算，然后選擇功率基準值相電壓基淮值分別為基淮值分別為SB和和UB1。其他各段的基

11、準電壓分別。其他各段的基準電壓分別為：為：UB2=UB1*121/10.5； UB3=UB2*6.6/110 w作等值電路作等值電路：jxG jxT1 jxL jxT2 jxR 182*( )*()2GNBG BG NGnBUSxxSU取基準電壓取基準電壓=額定電壓，可簡化計算額定電壓，可簡化計算 221*2212%10.5121100100ssBBTTNBTNBUUSSxSUSU變壓器電抗可由任一側計算變壓器電抗可由任一側計算 2*221210.5121BBLllBBSSxx lx lUU 線路電抗就地處理更方便線路電抗就地處理更方便 19 即，準確計算法有即，準確計算法有3種，種， 阻抗歸

12、算法；阻抗歸算法； （阻抗按變壓器實際變比歸（阻抗按變壓器實際變比歸算，簡單網絡較方便）算，簡單網絡較方便） 就地處理法；就地處理法； （基準電壓按變壓器實際變（基準電壓按變壓器實際變比歸算，大網絡計算較方便）比歸算，大網絡計算較方便） 在就地處理中，取定各段的基準電壓（不一在就地處理中，取定各段的基準電壓（不一定按變壓器實際變比作基準電壓歸算），則可定按變壓器實際變比作基準電壓歸算），則可出現出現1：k*的理想變壓器，然后再將的理想變壓器，然后再將1：k*變壓變壓器用器用形等值電路表示。形等值電路表示。20（二）（二） 近似計算法近似計算法平均額定電壓平均額定電壓Uav=1.05UN, 若取

13、若取SB=100MVA，UB=Ua 5502301153710.56.3Uav50022011035106UN成為工程中慣用的基準值。成為工程中慣用的基準值。假定變壓器的變比均為平均額定電壓的變比，且取各段假定變壓器的變比均為平均額定電壓的變比，且取各段基準電壓均為相應段的平均額定電壓，此時的參數計算基準電壓均為相應段的平均額定電壓，此時的參數計算稱為近似計算法，即有以下簡單計算：稱為近似計算法，即有以下簡單計算：*()*()BGBGNGnSxxS1*%100BTTNSUsxS容量大，電抗小容量大，電抗小21 習題習題1：一簡單電力系統接線如下圖所示，取：一簡單電力系統接線如下圖所示，取SB=

14、220MVA，UB（110）=115kV，試用精確法，試用精確法和近似法分別計算其等值電路。和近似法分別計算其等值電路。GT1lT2240MW 300MVA 230km 280MVA10.5kV 10.5/242kV x=0.42/km 220/121kV cos=0.80 Us%=14 Us%=140.30dx 22f、t的基準值的基準值fB=fN=50Hz (f*=1)B=2fB=100112BBNtf特點：當特點：當f=fN=50Hz時，可有時，可有x*=L*=I*x*E*=*sint=sint*23第三節第三節 無限大功率電源供電的三相短路分析無限大功率電源供電的三相短路分析 本節將分

15、析圖所示的簡單三相電路中發生突然對稱本節將分析圖所示的簡單三相電路中發生突然對稱短路的暫態過程。短路的暫態過程。R LR LiaR LR LibR LR Lic24 在此電路中假設電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種在此電路中假設電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種電源稱為無限大功率電源。這個名稱從概念上是不難電源稱為無限大功率電源。這個名稱從概念上是不難理解的：理解的：（1）電源功華為無限大時，外電路發生短路）電源功華為無限大時，外電路發生短路(種擾動種擾動)引起的功率改變對于電源來說是微不足道的，因而電引起的功率改變對于電源來說是微不足道的，因而電源的電壓和頻率源的電壓和頻率(對應于同步電機的轉速

16、對應于同步電機的轉速)保持恒定；保持恒定；（2)無限大功率電源可以看作是由無限多個有限功率電無限大功率電源可以看作是由無限多個有限功率電源并聯而成，因而其內阻抗為零，電源電壓保持恒定。源并聯而成，因而其內阻抗為零，電源電壓保持恒定。 往往是以供電電源的內阻抗與短路回路總阻抗的相對往往是以供電電源的內阻抗與短路回路總阻抗的相對大小來判斷電源能否作為無限大功率電源。若供電大小來判斷電源能否作為無限大功率電源。若供電電源的內阻抗小于短路回路總阻抗曲電源的內阻抗小于短路回路總阻抗曲10%時，則可認時，則可認為供電電源為無限大功率電源。為供電電源為無限大功率電源。25 一、暫態過程分析一、暫態過程分析

17、對于前圖所示的三相電路，短路發生前，電路對于前圖所示的三相電路，短路發生前，電路處于穩態處于穩態,其其a相的電流表達式為：相的電流表達式為：00sin()amiIt當在當在f點突然發生三相短路時點突然發生三相短路時,其其a相的電流表達式：相的電流表達式： 短路暫態過程的分析與計算就是針對左邊回路的。短路暫態過程的分析與計算就是針對左邊回路的。假定短路住假定短路住t0s時發生，由于電路仍為對稱可以只時發生，由于電路仍為對稱可以只研究其中的一相例如研究其中的一相例如a相相電流的瞬時值應滿足如下電流的瞬時值應滿足如下微分方程：微分方程：sin()aamdiLRiUtdt26 其解其解=特解特解+齊次

18、方程的通解齊次方程的通解0000sin(120 )sin(120 )sin(120 ) toTabmmmiItIIe00sin()sin()sin() tTaammmiItIIe0000sin(120 )sin(120 )sin(120 ) toTacmmmiItIIe 根據三相線路的對稱性：根據三相線路的對稱性：27 討論討論tiaipaipa0iaa0iaa1、由上圖及公式可見。短路至穩態時，三相中的穩態、由上圖及公式可見。短路至穩態時，三相中的穩態短路電流為三個幅值相等、相角相差短路電流為三個幅值相等、相角相差1200的交流電流，的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗

19、。其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。從短路發生至穩態之間的暫態過程中，每相電流還包從短路發生至穩態之間的暫態過程中，每相電流還包含有逐漸衰減的直流電流，它們出現的物理原因是電含有逐漸衰減的直流電流，它們出現的物理原因是電感中電流在突然短路瞬時的前后不能突變；感中電流在突然短路瞬時的前后不能突變；很明顯。很明顯。三相的直流電流是不相等的。三相的直流電流是不相等的。282、三相短路電流波形、三相短路電流波形 由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時間軸對稱，由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時間軸對稱，而而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對稱軸直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對稱

20、軸。因。因此，當已知此，當已知短路電流曲線時，可以應用這個性質把短路電流曲線時，可以應用這個性質把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡線間的垂直線等分。曲線的兩根包絡線間的垂直線等分。3、直流分量起始值越大短路電流瞬時值越大。、直流分量起始值越大短路電流瞬時值越大。4、三相中直流電流起始值不可能同時最大或同時為零、三相中直流電流起始值不可能同時最大或同時為零29 初始電流向量圖：初始電流向量圖： (sin()mapamaIiIt000 (sin()amamIiIt(sin()maamaUuUtipa0 ua ia|0| 0a

21、i空載下突然短路：空載下突然短路： (sin()mapamaIiIt(sin()maamaUuUtipa0 ua 30 根據前面的分析可以得出這樣的根據前面的分析可以得出這樣的結論結論： 當短路發生任電感電路中、短路前為空載的情當短路發生任電感電路中、短路前為空載的情況下直流分組電流最大，若初始相角滿足況下直流分組電流最大，若初始相角滿足-=900，則一相，則一相(a相相)短路電流的直流分量起始短路電流的直流分量起始值的絕對值達到最大值即等于穩態短路電流值的絕對值達到最大值即等于穩態短路電流的幅值。的幅值。31 二、短路沖擊電流和最大有效值電流二、短路沖擊電流和最大有效值電流(一一)短路沖擊電流短路沖擊電流短路電流在前述最惡劣短路情況下的最大瞬時值，稱短路電流在前述最惡劣短路情況下