1、電力系統分析（2）-學習指南一、填空題：供20分，每空1分）發生短路的根本原因是。 無限大功率系統是指電源的 和 在故障過程中仍能保持。己知三相短路 a相電流為 i = I sin（t+ag） + I sin（a中）-1 sin（aSw/%a mml0l101 m則 ib=+e-t/Tao電力系統中的任何靜止元件，只要 ，其正序阻抗和導納與負序阻 抗和導納相等。 沖擊系數為沖擊電流值對于 的倍數。它的大小與有關。在負序和零序網絡中，短路點的負序和零序電壓分量相當于電源，因此短路點 的負序和零序電壓值，離短路點越遠，負序和零序電壓。電力系統暫態穩定性是指電力系統受到 后，各 保持同步運行并過渡到

2、新的或者恢復到 的能力。電力系統暫態穩定性分析的主要方法是對遭受大干擾后的 進行求解，從而判斷系統是否穩定。電力系統短路故障，可分為、和。無限大容量電源是指 相對很大、相對很小和 恒定的等效電源或等效系統。11.沖擊電流是指 的最大瞬時值，它出現在短路發生后 周期時。 短路功率等于 同短路處的 的乘積。無阻尼繞組同步發電機發生三相短路時，定子電流含有基頻分量 和，轉子電流含有。對稱分量法可以把不對稱的a、b、c三相量，分解為對稱的、三序量。 正序等效原則是指在簡單不對稱故障中，故障點 與在故障點每一相 中接入附加阻抗，并在其后發生的三相短路時的電流。 電力系統靜態穩定性是指電力系統受到小干擾后

3、，或者, 自動恢復到起始運行狀態的能力。無阻尼繞組同步發電機的暫態電勢E在突然短路前后，這是因為q它正比于。發電機中勵磁電流產生的主磁通穿過空氣隙與 匝鏈，漏磁通只匝鏈。 發電機的慣性時間常數是在發電機的轉軸上施加 后，轉子從停頓狀態升速到 所需要的時間。 極限切除角是指，恰好等于，系統處于穩定的極限情況， 大于這個角度切除系統故障，系統將失去穩定。短路后 時的電流有效值最大，這一有效值我們稱它為。標么值的近似計算與準確計算相比，是近似認為為網絡的平均額定電壓。采用近似計算后發電機和變壓器額定參數下的標么值只要進行 換算，即可得統一基準下的標幺值。 變壓器的零序阻抗和正序、負序阻抗，而零序激磁

4、電抗與變 壓器 密切相關。無限大電源供電回路為純電感電路，若短路前空載，短路時電源電壓正好過 零，短路瞬間直流分量有最大，且等于周期分量的。零序電流的通路必須以 或 為回路，否則線電流中不存在零序分量。對單相電纜，由于每相電纜分別受到包皮的屏蔽，其零序電納與正序發生不對稱故障時，計算故障電流的同步角頻率周期性分量起始值時，所用 的同步發電機正序等值電路與三相短路近似計算中所采用的。對一個實際系統來說，給定的平衡點至少必須是 穩定的。在發電機經典模型的簡單電力系統中，穩定極限運行情況下系統所傳輸的功 率與功率曲線上的最大值。短路容量的定義為，其標幺值等于。二、簡答題（每題5分，共20分）提高電力

5、系統小干擾穩定性的措施？提高電力系統暫態穩定性的措施。電力系統短路故障的危害以及短路計算的目的是什么？若在極限切除角時切除故障，則在搖擺過程中的最大角為圖中的哪個角，為 什么。簡單電力系統的功角具有什么含義？試述等面積定則的基本含義。簡述短路點的輸入電抗與電源點對短路點轉移阻抗的關系。簡單電力系統不對稱短路故障時，各序電壓的分布情況如何？推導單相短路的序邊界條件，并給出復合序網圖。暫態電動勢有何特點？如何計算突變瞬間的暫態電動勢？無限大容量電源的含義是什么？由這樣的電源供電系統三相短路時，短路電 流包括幾種分量，有什么特點？架空線路的正序、負序和零序參數有什么特點？三、計算題（共60分）一 臺

6、無阻尼繞組同步發電機，已知：P = 150MW ,cos 5 = 0.85” =15.75KV,工 1.04,工=0.69,尤=0.31。發電機滿載NNNdqd運行，試計算電動勢Eq, E ,E,E .電力網的元件參數如圖，不計變壓器及線路的并聯支路，請用近似計算法求各 元件標幺值并建立網絡的標么值等值電路。（SB=15MVA）。（12分）10.5/121kV110/11kV60kmStn1=15mvAUk%=10.5氣=0.4。/kmSTN2=15MVAUk%=10.510kV0.3kAX r%=4圖示系統發生f處發生三相短路時，計算短路電流周期分量起始值及沖擊電流（kA）,并求各電源對短路

7、點的轉移阻抗，各線路電抗均為0.4Q/km,長度標在圖。（取 Sb = 250MVA）（14 分）1000MVAX =1.250km 110kV 20km30km._/fjTT 10kV-WHS）250MVA 250mvaUk%=10.5 Xd=0,12熱電廠內某臺發電機的參數如下：額定功率P =150MW,cos = 0.85，正常運行時，U = 15KV，機械轉速為 1500,/min, J = 75x103kgm2。求正常運行時發電機儲存的動能及慣性時間常數。5.畫出下列網絡的零序等值電路圖（12分）p 36.一臺發電機A額定運行參數如下：50Hz,60MW,75MVA,1500r/mi

8、n,它的慣性常數 H=7.5MJ/MVA,另一臺發電機 B 相應的參數為：50Hz,120MW,133.3MVA,3000r/min,4.5MJ/MVA。（1）如果這兩臺發電機在某電站并列運行，以100MVA為基準值，計算等效發 電機的H。（2）若與此電站相連的另一電站中運行著四臺發電機，且每兩臺的參數與上述 發電機相同，求與無窮大母線相連的等效發電機的H。7.在圖示的簡單系統中，己知發電機暫態電勢E與無限大系統母線之間電抗及發電機向無限大系統輸送功率，試計算E恒定時，此系統的靜態穩定儲備系數。（12 分）X = 1.5P = 0.710Q0 = 0.14已知：I = 1Z0o,I = 1Z-

9、 90o,I = 2Z135o,試求I ,I ,Iabca 0 al a 2電力網的元件參數如圖，不計變壓器及線路的并聯支路，請用近似計算法求各元件標幺值并建立網絡的標么值等值電路。（SB=100MVA）。（10分）10.5/121kV110/11kV30MVASTN1=31.5 MVA 氣=0.4。/km十 0254%=10.5STN2=25 MVA4%=10.510kV0.3kAXr%=4計算圖示系統f點發生三相短路瞬時次暫態電流有效值（kA）。（取Sb=100MVA）（14 分）無限大系統50km0.4Q/km2 x 7.5MVAG2 x15MVAX = 0.125 d121/6.60.

10、6kA* %=10.5xR%=1011.某4極發電機，頻率為50Hz，額定容量為100MVA,慣性常數為8MVs/MVA。 若機械功率和電磁功率由穩定的50MW突然增加到80MW，求轉子的角加速度。 10個周期后，轉角和轉速各變化多少？ 12.試計算圖示網絡中f點發生單相接地時，短路點的短路電流（kA）及發電機 母線的a相電壓（kV），發電機和變壓器歸算至SB=50MVA的電抗標幺值標在圖中。（14 分）13.畫出下列網絡的零序等值電路圖（12分）14.已知一簡單系統發電機在正常運行時 = 34.5。，發電機在正常、故障和故障切除后的最大功率分別為七=1.77 , Pim = 0 , Pim

11、=1.35，試計算極限切除角5P （5 -5 ） + P cos5 一 P cos5 .（5 = COS-1 h0HMhHM0 ）（10 分）列膈-Pm15.已知同步發電機的參數為：工=1.2,工=0.8, % = 0.29,尤、=0.25/、= 0.35 .要額dqddq定運行時U = 1.0,1 = 1.0, COS = 0.8試計算在額定運行狀態下同步發電機的E ,E ,E,E ,E ,EQ q qq d參考答案一、填空題1電氣設備載流部分相與相之間或者相與地之間的絕緣遭到破壞 2電壓幅值，頻率，恒定C. ,. ,2、,2、， ,2 、一3 i = I sin（f + a兀一cp） +

12、Isin（a兀一cp ） I sin（a兀一cp）e一/Ta4三相對稱 5短路電流周期性分量幅值、時間常數Ta6最高，越低7大干擾，同步電機，原來穩定運行方式8系統微分方程式9三相短路、單項短路、兩項短路和兩相接地短路10內阻抗，端電壓11短路電流，半個12短路電流有效值，正常電壓13直流分量，倍頻分量，直流分量和基頻分量14正序分量、負序分量、零序分量15正序電流，相等16不發生自發振蕩，非周期失步17不變，暫態電抗18定子繞組、勵磁繞組19額定轉矩，額定轉速20最大減速面積，加速面積21第一周期短路，電流最大有效值22額定電壓、變壓器額定標準變比23鐵心結構24幅值、有效值25大地，中線2

13、6相同27相同28小干擾29相等30短路電流與故障前電壓的乘積、短路電流的標幺值二、簡答題1、（1）、采用分裂導線（2）、采用更高等級的電壓線路，（3）、采用串聯電容補償（4）、采用勵磁調節器。2、（1）、快速切除故障和自動重合閘，（2）、發電機強行勵磁，（3）、電氣制動，（4）、 快速汽門控制，（5）切機、切負荷，（6）、系統解列3、短路電流很大，引起導體及絕緣體的嚴重發熱而破壞，導體受到強大的電動力， 也可以造成損壞。短路導致電網電壓突然降低，影響用電設備正常工作。短路的 最嚴重危害是系統解列。另外，短路故障對通信也有影響。短路計算的目的是為 發電機變電站以及整個電力系統的設計和運行提供依

14、據。4、搖擺過程中最大角為1。原因如果在極限切除角時切除故障，加速面積是最大的，必須使減速面積等于加速面積，如果搖擺角大于1，系統會失去穩定性，故1為搖擺過程中最大角。5、具有雙重意義：1、它是送端發電機電動勢與受端系統電壓之間的相位角2、若 將受端無窮大系統看成一個內阻為零的等效發電機，則功角即可看成是送端和受 端兩個發電機轉子之間的相對相位角。6、正常運行情況下，發電機的輸出電功率與原動機的輸入機械功率保持平衡，發生 短路時，機械功率不變，輸出電功率變小，使轉子加速。切除故障后，輸出電功 率變大，轉子減速，當功角達到最大時，轉子轉速重新達到同步轉速。在加速期 間積蓄的功能增量全部耗盡，即加

15、速面積和減速面積大小相等，即等面積等則。7、短路點輸入電抗是指從短路點向系統中看的等效電抗，轉移電抗是指經過星角變換從電源點到短路點之間的電抗8、負序和零序電壓在網絡中的分布，以短路點的有效值最大，離短路點越遠越小。 正序電壓是在發電機處有效值最大，由發電機向短路點逐漸下降。9、短路點邊界條件為：疽yf，/廣/廣0 轉換成序分量有：U + U + U =(I +I +I ) Zfl f2 f0 f 1 f 2 f 0 ffl f 2 fO復合序網圖如圖10、暫態電動勢是運行參數，只能根據給定的運行狀態計算出來，但無法進行實測。 不論在穩態下還是暫態下，暫態電動勢都不是常數，它是隨運行情況不同而

16、變化 的，只是在突變瞬間它不發生變化。計算突變瞬間的暫態電動勢，只須計算突變 瞬間前的暫態電動勢。11、無限大容量電源含義是指容量相對很大，內阻抗相對很小和端電壓恒定的等效電 源或等效系統。由這樣的電源供電的系統三相短路時，短路電流包括周期分量， 非周期分量和倍頻分量，最大的特點是周期分量不隨時間變化。12、架空線路是靜止元件，它的正序電抗等于負序電抗。由于三相架空線路中，各相 的零序電流大小相等相位相同，各相間互感磁通互相加強，故零序電抗要大于負 序電抗。三、計算題1、解：設：U=1/0o,cos8= 0.85, 8 =31.8oI=1Z-31.8oE =U+jx I=1.484/23.3o

17、 = 23.3oE = E +（七-x ）I. = 1.772E = 1.772Z23.3o qE = U + jx、I=1.193/12.8o& = 12.8oE = E、cos（一） = 1.173 q2、取UB =氣貝1有X = UK% X SB = 0.105X 15 = 0.105T1 100 ST15X = X X 烏=0.4 X 60 xJ = 0.027LU21152BX =欄箜 X 七=0.105 X = 0.105T2XR100_ X % =100STU SXN X B 二0 U2NB15=0.0410 x J3 x 0.3x 15 = 0.10510.523、解：XT取U

18、二B_ U%100=Ug則有Sx =0.105 xS250 _2500.105TX = X X 乩=0.4 X 50 X -5 = 0.378L1 1 U21152BL22U2BSXL3 = X3 X -B- = 0.4BXi1152250X 30 X=0.2271152有X = X + X = 1.2 + 0.378 = 1.578X = X + X + X = 0.12 + 0.151 + 0.105 = X3 = XL3 = 0.227A. AV V V11v V VX = X X SB = 0.4 X 20 X 250 = 0.151.X30.376再進行Y T 變化有右側發電機轉移阻

19、抗X = X + X + 言3 = 0.376 + 0.227 + 0“376 * 0.227 = 0.657 TOC o 1-5 h z 2322 X11.578左側發電機轉移阻抗 X = X + X + X = 1.578 + 0.227 + 技78 * 0.227 = 2.7581313X20.376期電流有效值I=1.885,11+0.657 2.758250沖擊電流 iM = 2.55I* = 2.55 x 1.855 = 4.73, IB = 3 成=1.312I = 1.885 x 1.312 = 2.47(kA) 所以有i = 4.73 x 1.312 = 6.21(kA)4、

20、JW2m0n = 1500,則 w = 2兀空00m 060H=WSW =925.28MWsH=5.24s5、zt36、(1)已知：SB = 100MVA, S = 75MVA,以=133.3MVA, H = 1.5MJ / MVA,氣=4.5MJ / MVA 所以等效的 H:H = Ha + HS = 11.6235MJ/MVA。 SB第一個電站的等效H為11.6235MJ/MVA，第二個電站的等效H為2 x 11.6235MJ/MVA,則與無窮大母線連接的發電機等效H為HHH=哉 =7.749MJ / MVAH1+H 27、XU + 空)2 + (M )2 . UU:冬5 )2 + (H

21、)2;111.612=F = 1.075X 亍 1.5 d乙PP x 100% = L075 0.71 = 51.3%P00.718、=0.195/135oIa 0I = 1.311/15o a1I = 0.494Z- 105o9、XT1=Uav則有g-% x ； = 0.125 x 100 = 0.417100 S30u % snxf = 0.105 x = 0.333ST31.5XT2X x MU2BU %100=0.4 x 100 x = 0.3021152X %100 xS100 x = 0.105 x = 0.42S25UNS10100 x = 0.04 x x= 0.698U2亳

22、x 0.3 10.5 2B1010、解:XG1XT1XL1XR=XG2XT2XL2X %100Uav則有X：% 100 x sGNU % S土 = 0.125 x 四=0.83315xf = 0.105 x = 2.333ST7.5SX xfU2BUx ,N偵31N=0.4 x 100 x = 0.3021152S 6100 x B = 0.1 x xU2m3 x 0.6 6.3 2B=1.455XT1RXT2RXT1T2X x XXT1 * +XrXT2 X XRXT1 + XT2 + XRXT1 X Xt2Xt1 + X+ X2.333 x 1.455 =0.555 2.333 + 2.3

23、33 +1.4552.333 x 1.455=0.5552.333 + 2.333 +1.4552.333 x 2.333= 0.8892.333 + 2.333 +1.455T2 RXl/2XT1T2XT1RA A A ,V V V0.555-Wv-0.8330.150.8890.5550.833WvXaT2R0.302+ 0.889 = 1.04 2=0.555 + 0.833 = 1.388如圖X2令X = X = 0.555X4 = XG = 0.833X34X2再進行 Y變化有X x XX2 +2X3 +3X4X xX,X +2X +4XX xX.X2 +X +3X4X23X 24X

24、341.388 x 0.555=0.2781.388 + 0.555 + 0.8331.388 x 0.833=0.417 1.388 + 0.555 + 0.8330.833 x 0.555 =0.137 1.388 + 0.555 + 0.833n Xz = (X + X23)/X24 + X34 = (1.04 + 0.278)/0.417 + 0.1370.45411短路電流標幺值為I = 2.204* X y0.454所以有 I = I XI = 2.204 X00= 20.2(kA)* Bt3 x 6.311、由已知條件，P (t 0) = 80- 50 = 0.3 aa100由搖擺方程知8.=蘭0 P2 H a&(t 0) = 5.89rad / s2 = 5.62 /s。8. = const8 = 2 8. (At )2 = 6.7o此發電機有4極，因此，A8 =1A8 m 2 eA8 (At = 0.2s) = -A8.At = 5.62r/min。2 e0.2 s 后，轉速變為(1500+5.6) =1505.6r/min12、解.發電機電抗：X1 = X2 = 0.125變壓器電抗X1