[精品]电力系统电保护基础保护.doc

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1、第-章电力系统电保护基础保护一、电力系统基本知识1.什么是电力系统的稳定和振荡？答：电力系统正常运行时，原动机供给发电机的功率总是等于发电机送给系统供负荷消耗的功率。当电力系统受到扰动.使上述功率平衡关系受到破坏时，电力系统应能自动地恢复到原來的运行状态，或者凭借控制设备的作用过渡到新的功率平衡状态运行，即所谓电力系统稳定。这种电力系统维持稳定运行的能力，是电力系统同步稳定（简称稳定）研究的课题。电力系统稳定分静态稳定和暂态稳定。静态稳定是指电力系统受到微小的扰动（如负荷和电压较小的变化）后，能自动地恢复到原來运行状态的能力。暂态稳定对应的是电网受到大扰动的情况

2、。下而我们以单机对无穷人系统为例，说明静态稳定和暂态稳定的概念。正常运行时，发电机轴上作用着两个力矩：一个是由原动机功率PM决定的原动力矩TM（或称主力竝）：另一个是由发电机的输出功率儿决定的制动力矩（或称阻力矩）。发电机输出的冇功功率几（为简单起见，忽略发电机定子电阻引起的功率损耗，认为电磁功率等于输出功率）可表示为—左一却n*（I-1）式中心一农电机电M鬱;儿穷人取统円线电爪；旬括发個机电杭A內的发电机到九夯人系统母线的总电杭；S发电机电劝悴心m儿穷人系统电耳厂之何的火角.称为片角.图1一1为功角特性曲线，是表征发电机输出的有功功率PE随功角J的变化关系曲线

3、。图中，PM为原动机供给发电机的功率。山图可见，功率直线（Pm）和正弦曲线（PE）有两个交点，一个交点对应01角，另一个交点对应02角。01角是稳定平衡角，02角是不稳定平衡角。正常运行时,发电机稳定运行在01角。在01角运行时，发电机的输入功率和输出功率是平衡的。如系统一小扰动使J增加而引起厂z增加时，发电机的输出功率儿大于原动机的输入功率，由尸x产生的制动力矩大于PM产生的原动力矩，发电机轴上作川着减速的剩余力矩，使发电机减速，0年减小，儿减小，使运行状态乂恢复到原來的稳定运行角01。反之，当系统小扰动使0减小时，发电机轴上将出现加速的剩余力矩，使0加大，也

4、将使运行状态再恢复到原来的稳定运行角01。03<2图M功角特件曲线在02角运行时，如小扰动使J略增，引起P，减少时，发电机轴上就承受着加速的剩余力矩，使发电机加速，0角增人。而当0角増人后，输出功率儿更减少，因而功率得不到平衡，发电机不能稳定运行。若小扰动使J减小，则发电机减速，J将进一步减小，直到01才达到稳定运行.而不可能恢复到02角运行。功角特性曲线对应于0=90度时的功率最人值Pmax,代衣单机向无穷大系统辖送冇功功率的极限值，称谓静态稳定极限值。单机输出的功率和其极限值Pmax和差越人，稳定运行能力越人。当双回线切除一回线后，线路电抗增人了一倍，回路

5、的综合电抗X变人，根据式(1—1),功率极限值将变小，功角特性将由曲线1变为曲线2,如图1一2所示。由于发电机的转子存在惯性，转子的转速不能突变，故在切除线路瞬间J角不能立刻改变，此时发电机的运行点将由曲线1的a点落到Illi线2的b点上。但是，在b点运行时，功率是不平衡的，这时原动机供给发电机的功率仍为PM,但发电机的输出功率PE却减少了。于是，发电机轴上作用的原动力矩将大于制动力矩，故发电机加速，O角増大，运行点将由匕点沿曲线2向c点移动。与此同时，转于的相对速度v(相对速度指的是发屯机转速柑对无穷人电源系统等效发屯机的转速)也由零逐渐増人，至。点时，功率P

6、M和PE义达到平衡。由于剩余功率为零，故转子应没有加速度，但此时发电机的相对速度。为授人值，因惯性力矩作用J角将继续增人。过c点后，由丁•发电机的输出功率人丁•输入功率，发电机轴上将出现减速的过剩力矩，故从c点开始,转子的相对速度。将逐渐减小，虽然转子速度逐渐变慢，但仍大于同步转速.故O角继续增大。直至d点，减速面积cde等于加速面积abc,转子的相对速度。减至零，发电机转速达同步转速。但此时发电机轴上仍作用着减速的剩余力炬，故发电机的转速继续减小。从01点起，相对速度。变负，因而J角开始减少。至O角又摆回。点时，功率又达平衡，负的加速度为零，反向的相对速度w达

7、戢人。在负的惯性力矩作用下，O角将继续减小。过c点后，发电机轴上乂出现加速的剩余力矩，正向的加速度使反向的相对速度。乂逐渐减小。v减至零后，由于功率不平衡，发屯机转子乂开始新的摆动，如此反复多次图1-2系统故障时的功角特性曲线由于阻尼作用，O角在c点摆动的幅度将会越来越小，最后稳定在c点以02角运行。这种情况称为电力系统保持了暂态稳定。反之，如果短路开始时加速的剩余力矩很大，O角摆动得超过了临界角Of(不稳定平衡角，对应图1—2中的｛点).则加速的剩余力炬会随角0的增大而越來越大,0达180度以后，PE为负值，加速度更大，直至发电机失步，电网处于界步振荡的情况。

8、发电机与系统电源Z间或系