电力系统暂态分析作业22P.docx

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电力系统暂态分析作业22P

1、电力系统的故障有那些类型？

短路的主要危害有那些？

答：

电力系统的故障分为短路故障（横向故障）和断线故障两大类。

短路故障又包括三相短路、两相短路、两相短路接地和单相接地短路；断线故障包括一相断线和两相断线两种。

短路的主要危害有：

①短路时短路点电弧的高温将使故障设备烧坏；②短路电流的热效应将使故障设备和非故障设备绝缘加速老化，影响电器设备的使用寿命甚至将设备烧坏；③短路时电压的大幅度下降，将使电气设备不能正常工作；设置造成电力系统“电压崩溃”；④不对称短路时，出现的负序电流分量将引起旋转电机转子的附加发热；⑤接地短路时的零序电流将对输电线路附近的通讯线路产生干扰。

2、什么叫无限大功率电源？

在什么情况下可以将实际的有限功率电源作为无限大功率电源来处理？

答：

电压和频率保持恒定的电源称为无限大功率电源。

（因为当电源的功率无限大时，任何干扰（包括短路故障）引起的有功功率波动相对于电源的无限大功率而言都可忽略不计，所以电源的频率不因干扰而波动；又由于无限大功率电源可以看作由无限个有限功率电源并联而成，由于有限功率电源的内阻抗是有限的根据戴维南定理，无限大功率电源的内阻抗为无限个有限功率电源的内阻抗的并联值，显然为零，当电源的内阻抗为零时，该电源为恒压源，所以电压保持不变）。

实际工作中，当实际电源内阻抗在短路回路总阻抗中所占比例小于10％时，该电源就可以视为无限大功率电源。

（因为电源内阻抗小，短路时电源端电压变化不大，可视为不变，即该电源可视为无限大功率电源）。

3、无限大功率电源供电情况下突然发生三相短路时，短路电流中含有那些电流分量？

在下图所示的系统中发生三相短路时，若短路发生时A相电压的初相角为，请写出短路电流的表达式。

并指出在为何值时发生短路A相短路电流非周期分量起始值最大。

答：

无限大功率电源供电情况下突然发生三相短路时，短路电流包含有（幅值不变的）周期和（从短路瞬间的数值逐渐衰减到零的）非周期两种电流分量。

短路电流的表达式为：

式中：

、、、、。

  在为任意值时，A相短路电流非周期分量的起始值为

，它是的函数。

由得，即A相非周期分量起始值取得最大值的条件为短路发生时A相电压的相位。

4、凸极同步发电机机端突然发生三相短路时，定子绕组电流中包含有那些电流分量？

从维持磁链不变的角度看，各电流分量的作用是什么？

答：

定子绕组中电流中包含有基频周期分量、非周期分量和倍频周期分量。

其中基频周期分量用其电枢反应磁链抵消转子旋转时转子励磁电流在定子绕组中产生的角变磁链；非周期分量和倍频周期分量在定子绕组中产生一大小等于定子绕组短路前瞬间的磁链，以维持短路前后磁链不变（守恒）。

5、指出发电机直轴同步电抗、直轴暂态电抗、直轴次暂态电抗的大小关系？

并说明为什么？

答：

>>。

因为与直轴同步电抗对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过的磁路的磁阻最小，而与直轴次暂态电抗对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过的磁路的磁阻最大，所以有>>。

6、已知同步发电机发电机直轴同步电抗、直轴暂态电抗、交轴同步电抗，短路前发电机端电压、、（滞后），求短路电流基频交流分量的初始有效值和稳态有效值，

解：

①短路电流基频交流分量的起始有效值

②短路电流基频分量稳态有效值

7、在同步发电机原始磁链方程中，对于凸极机那些电感系数为常数？

那些电感系数是变化的？

变化的原因是什么？

对于隐极机又有那些电感系数为常数？

那些电感系数是变化的？

答：

同步发电机原始磁链方程中，对于凸极机转子绕组的自感系数和转子绕组之间的互感系数是常数；定子绕组的自感系数、定子绕组之间的互感系数以及定子绕组和转子绕组之间的互感系数均是变化的，变化的原因有二，一是凸极机d轴和q轴方向的磁路的磁阻不相等，二是转子是转动的。

对于隐极机定子绕组的自感系数、定子绕组之间互感系数、转子绕组的自感系数、转子绕组之间互感系数都是常数，只有定子绕组与转子绕组之间的互感系数是变化的，变化的原因是转子转动时，定子绕组和转子绕组之间存在相对位置的改变。

（8、9、10题略）

作业

（二）

1、Park变换是一种等效变换，其等效体现在何处？

Park变换的规律是什么？

2、发电机的参数和正常运行时以发电机额定值为基准的端电压、端电流标幺值以及功率因数如下图所示，若发电机的励磁电压不变，试计算发电机机端短路时短路电流周期分量起始有效值和稳态有效值的有名值。

3、用近似计算法计算下图所示网络中f点发生三相短路时，短路点的短路电流周期分量起始有效值和各发电机所提供的短路电流周期分量起始有效值，以及短路点和发电机支路的短路冲击电流和最大有效值电流。

4、用单位电流法计算下图所示网络中各电源与短路点之间的转移阻抗。

（图中各元件参数为标幺值）

作业

（二）参考答案

参考答案：

思考题：

1、凸极式同步发电机原始磁链方程中，那些电感系数为常数？

那些电感系数是变化的？

变化的原因是什么？

答：

凸极式同步发电机原始磁链方程中转子绕组的自感系数和转子各绕组之间的互感系数是常数；定子绕组的自感系数、定子绕组之间的互感系数以及定子绕组和转子绕组之间互感系数都是变化的。

定子绕组的自感系数、定子绕组之间的互感系数变化的原因是转子转动时，定子绕组的自感磁通和互感磁通所经过的磁路的磁阻随着转子的转动而变化。

定子绕组和转子绕组之间互感系数变化的原因是转子转动时，定子绕组和转子绕组之间的相对位置随着转子的转动而周期性改变。

2、凸极同步发电机机端突然发生三相短路时，定子绕组电流中包含有那些电流分量？

从维持磁链不变的角度看，各电流分量的作用是什么？

答：

定子绕组中电流中包含有基频周期分量、非周期分量和倍频周期分量。

其中基频周期分量用其电枢反应磁链抵消转子旋转时转子励磁电流在定子绕组中产生的角变磁链；非周期分量和倍频周期分量在定子绕组中产生一大小等于定子绕组短路前瞬间的磁链，以维持短路前后磁链不变（守恒）。

3、指出发电机直轴同步电抗、直轴暂态电抗、直轴次暂态电抗的大小关系？

并说明为什么？

答：

>>。

因为与直轴同步电抗对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过的磁路的磁阻最小，而与直轴次暂态电抗对应定子绕组周期分量电枢反应主磁通所经过的磁路的磁阻最大，所以有>>。

4、Park变换是一种等效变换，其等效体现在何处？

Park变换的规律是什么？

答：

Park变换的等效体现在变换前后它们所产生的发电机气隙合成磁场不变。

Park变换的规律是定子绕组中的非零序电气分量变换为d、q中电气量，并且其中的周期分量变换为d、q绕组中非周期分量，其中的非周期分量变换为d、q绕组中的周期分量；定子绕组中的零序性电气分量变换为0轴绕组中的电气量，其中的周期分量变换为0绕组中非周期分量，其中的非周期分量变换为0绕组中的周期分量。

5、发电机的参数和正常运行时以发电机额定值为基准的端电压、端电流标幺值以及功率因数如下图所示，若发电机的励磁电压不变，试计算发电机机端短路时短路电流周期分量起始有效值和稳态有效值的有名值。

解：

取发电机额定电压和额定容量作为基准值，即,则电流的基准值为

短路前发电机的空载电动势和次暂态电动势的标幺值分别为：

  稳态短路电流有效值的标幺值和短路电流周期分量起始有效值的标幺值分别为：

稳态短路电流有效值和短路电流周期分量起始有效值的有名值分别为：

6、用近似计算法计算下图所示网络中f点发生三相短路时，短路点的短路电流周期分量起始有效值和各发电机所提供的短路电流周期分量起始有效值，以及短路点和发电机支路的短路冲击电流和最大有效值电流。

解：

   1、计算各元件的电抗标幺值

取，则有：

、

2、计算短路点和各发电机供给的短路电流以及短路点和各发电机支路的冲击电流和最大有效值电流

对构成的三角形接线进行星形－三角形变换后的等值电路和最后的等值电路如下图所示，

由图可得

    短路点短路电流周期分量的标幺值和有效值、冲击电流、最大有效值电流的有名值为：

    、、

、

 再根据电路的对称性可得各发电机支路的电流的有效值、冲击电流和最大有效值电流如下：

、、

、

7、用单位电流法计算下图所示网络中各电源与短路点之间的转移阻抗。

（图中各元件参数为标幺值）

解：

   在下图中设电流，则

   由此可得：

   、、

作业2-2-1

计算短路电流周期分量起始有效值的等值电路如下图所示：

取,则发电机电压等级的的电压基准值为.

作业2-3-1

已知：

   求：

①分别用计算短路电流交流分量；

②计算稳态短路电流。

解：

取

                   计算的等值电路与相量图

作业（三）

1、对称分量法能否应用于分析非线性电力系统的不对称短路？

为什么？

答：

对称分量法不能用于分析非线性电力系统的不对称短路。

因为对称分量法实际上是迭加原理的应用，而迭加原理只能用于线性电路的分析，所以对称分量法不能用于非线性电力系统不对称短路的分析计算。

2、变压器中性点经消弧线圈接地时，其电抗是否会出现在正序和负序等值电路中？

为什么？

会否出现在零序等值电路中？

为什么？

答：

中性点电抗不会出现在正序和负序等值电路中，因为在正序（负序）情况下三相电流平衡，中性点所接消弧线圈中无电流流过，即中性点与大地等电位，相当于将中性点与大地之间用无阻抗导线相连接。

   中性点所接消弧线圈的阻抗将以三倍的形式出现在零序等值电路中，因为在零序请情况下，中性点所接消弧线圈中为三相零序电流的公共通道，中性点对地电压为。

3、试指出采用同型号导线、同样布置方式的架空输电线路，在无架空地线、有铁磁导体架空地线（钢绞线）、有良导体架空地线三种情况下线路零序电抗的大小关系。

答：

无架空地线时零序电抗最大，有良导体架空电线时的零序电抗最小。

因为三相输电线路通过零序电流时，架空地线与大地共同作为三相零序电流的公共回路，其电流方向与输电线路中电流的方向相反，其在导线—大地回路中产生的互感磁通对导线—大地回路的零序磁场起去磁作用，所以具有架空电线的输电线路的零序电抗小于无架空地线的输电线路；另外架空地线的导电性能越好，通过架空地线的电流越大，去磁作用越强，所以有良导体架空地线的输电线路的零序电抗最小。

4、在什么情况下可以将变压器的零序励磁电抗视为无限大？

答：

①在壳式变压器和三相变压器组情况下，变压器的零序励磁电抗可以视为无限大，因为在在这两种变压器中，零序励磁主磁通通过铁芯形成闭合磁路，其磁路的磁阻很小，根据磁阻与电抗的关系可知励磁电抗很大，所以近似计算中可以视为无穷大。

   ②在三相变压器有三角形接线绕组时，其零序励磁电抗可以视为无穷大，因为在变压器的零序等值电路中，三角形接线绕组相当于短路绕组，其漏抗与变压器的零序励磁电抗并联，不管变压器铁芯采用什么形式总有励磁电抗远远大于三角形接线绕组的漏抗，所以变压器的零序励磁电抗可以视为无限大。

5、同杆双回架空输电线路的零序电抗为什么大于单回架空输电线路的零序电抗？

答：

由于同杆双回输电线路流过零序电流时，一回路的三相在另一回路中的任一相—大地回路中产生的互感磁通对该回路的零序磁通起助磁作用，所以双回输电线路的零序电抗大于单回输电线路的零序电抗。

6、已知电力系统的接线方式如下：

作f点发生单相接地短路时的复合序网，并计算其参数（）。

解：

  1、绘制三序等值电路

2、计算各元件参数标幺值（取）

1）变压器的各序参数

、

、

2）发电