牵引变电所负序电流课件.ppt
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- 牵引 变电所 电流 课件
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1、第七章第七章 牵引变电所负序电流牵引变电所负序电流负序对系统的影响负序对系统的影响负序电流的分析工具对称分量法负序电流的分析工具对称分量法负序电流的通用表达式负序电流的通用表达式典型接线的牵引变压器(单相、三相、三典型接线的牵引变压器(单相、三相、三相两相平衡变压器)负序电流的计算相两相平衡变压器)负序电流的计算减小负序影响的措施减小负序影响的措施7-1 7-1 负序对系统的影响负序对系统的影响 负序电流对电力系统的不利影响主要表现负序电流对电力系统的不利影响主要表现在对发电机、异步电动机、反应负序分量的继在对发电机、异步电动机、反应负序分量的继电保护装置、电力系统主元件如变压器和输电电保护装
2、置、电力系统主元件如变压器和输电线以及通讯干扰等方面。线以及通讯干扰等方面。1.使发电机转子产生附加损耗并出现过热现象使发电机转子产生附加损耗并出现过热现象 负序电流经过定子绕组时,形成负序旋转负序电流经过定子绕组时,形成负序旋转磁场,它以同步转速旋转,方向与转子的旋转磁场,它以同步转速旋转,方向与转子的旋转方向相反。因此,此负序旋转磁场以两倍同步方向相反。因此,此负序旋转磁场以两倍同步转速切割转子,在转子中就感应出两倍频率的转速切割转子,在转子中就感应出两倍频率的电流,称为倍频附加电流。它会引起局部过热,电流,称为倍频附加电流。它会引起局部过热,破坏转子部件的机械强度,以及温升过高而影破坏转
3、子部件的机械强度,以及温升过高而影响励磁绕组的绝缘强度。响励磁绕组的绝缘强度。一、负序电流对发电机的影响一、负序电流对发电机的影响2.造成发电机组的震动造成发电机组的震动 负序旋转磁场产生两倍工频的附加交变负序旋转磁场产生两倍工频的附加交变电磁转矩,同时作用在转子转轴和定子机座电磁转矩,同时作用在转子转轴和定子机座上,从而引起附加的两倍工频频率的振动。上,从而引起附加的两倍工频频率的振动。长时间的振动将会引起金属疲劳和机械损坏。长时间的振动将会引起金属疲劳和机械损坏。二、负序电压对电动机的危害二、负序电压对电动机的危害 负序电压在电动机中将产生负序电流。而异负序电压在电动机中将产生负序电流。而
4、异步电动机的正序阻抗很大,负序阻抗很小,故很步电动机的正序阻抗很大,负序阻抗很小,故很小的负序电压就会产生较大的负序电流。它与额小的负序电压就会产生较大的负序电流。它与额定负载时的正序电流叠加,会使定子和转子绕组定负载时的正序电流叠加,会使定子和转子绕组局部过载,绕组铜损局部增大,引起局部过热而局部过载,绕组铜损局部增大,引起局部过热而烧毁。同时,负序电流在定子绕组中产生的反向烧毁。同时,负序电流在定子绕组中产生的反向旋转磁场,在转子铁心中产生涡流,引起铁损增旋转磁场,在转子铁心中产生涡流,引起铁损增加,使转子发热。并产生反向制动转矩,降低电加,使转子发热。并产生反向制动转矩,降低电动机的出力
5、和过载能力。动机的出力和过载能力。三、负序分量对继电保护的影响三、负序分量对继电保护的影响 以负序电流或负序电压为动作条件的继电以负序电流或负序电压为动作条件的继电保护和自动装置,如发电机的负序电流保护装保护和自动装置,如发电机的负序电流保护装置、线路的相差高频保护装置,以及故障录波置、线路的相差高频保护装置,以及故障录波器等,当遭受到电气化铁道产生的大量负序侵器等,当遭受到电气化铁道产生的大量负序侵入时,在谐波的共同干扰下,使保护误动作,入时,在谐波的共同干扰下,使保护误动作,引起供电的中断。引起供电的中断。四、负序电流占用系统容量四、负序电流占用系统容量 有负序电流存在时,三相中的最大电流
6、总是有负序电流存在时,三相中的最大电流总是大于系统设备原有的正序电流,造成设备的过电大于系统设备原有的正序电流,造成设备的过电流,即负序电流限制系统设备的出力。流,即负序电流限制系统设备的出力。)(322IIRP五、负序电流会增大电网损耗五、负序电流会增大电网损耗 负序电流不但不传递任何有功功率,而且产负序电流不但不传递任何有功功率,而且产生网损。存在负序电流时三相系统的总损耗为生网损。存在负序电流时三相系统的总损耗为六、对通讯线路产生干扰六、对通讯线路产生干扰7-2 7-2 对称分量法对称分量法 对称分量法的基本思想是,任意一组三相不对称分量法的基本思想是,任意一组三相不平衡(不对称)的相量
7、平衡(不对称)的相量 、,通过变换,通过变换,都能分解成三组不同相序的三相对称分量,这三都能分解成三组不同相序的三相对称分量,这三种相序即零序、正序和负序。种相序即零序、正序和负序。也就是说这组三相不对称的相量也就是说这组三相不对称的相量 、中的每一相中的每一相 ,都可以看作是对应相别的零序、,都可以看作是对应相别的零序、正序和负序分量的叠加。正序和负序分量的叠加。AFBFCFAFBFCFXF供供电电系系统统 用数学语言可以描述为用数学语言可以描述为111210210210CCCBBBAAACBAFFFFFFFFFFFF0AF0BF0CF零序分量零序分量1AF1BF1CF正序分量正序分量2AF
8、2BF2CF负序分量负序分量供供电电系系统统 现引入算子现引入算子?2.1.0.FFCBA23210120jeaj000CBAFFF11121ACABFaFFaF22222ACABFaFFaF各个序分量之间的关系可表示为:各个序分量之间的关系可表示为:零序零序正序正序负序负序供供电电系系统统 可记为可记为111210210210CCCBBBAAACBAFFFFFFFFFFFF012AABCFAF其中其中TCBAABCFFFFTAAAAFFFF210012210222210212021011111111AAAAAAAAAAAAFFFaaaaFaFaFFaFaFFFF供供电电系系统统则有则有TAA
9、AAFFFF210012TFFFF210012另外,因为矩阵另外,因为矩阵A A 的逆矩阵的逆矩阵A A-1 1 存在,因此存在,因此ABCFAF1012 其中,其中,aaaaA2211111131012FAFABC 因为因为B、C相的序分量可由相的序分量可由A相分量来表示,所以相分量来表示,所以在通常的分析计算中所提及的零、正和负序分量,都在通常的分析计算中所提及的零、正和负序分量,都是指是指A相相应的分量,因此简记相相应的分量,因此简记 为为供供电电系系统统 用对称分量法解决问题的基本思路:用对称分量法解决问题的基本思路:ABCABC三相线性系统的三相线性系统的不对称问题不对称问题系统系统
10、A A相的相的012012分量分量原原ABCABC三相系统的解三相系统的解ABCFAF1012012FAFABC供供电电系系统统7-3 7-3 负序电流的通用表达式负序电流的通用表达式 目前,牵引变电所中所采用的牵引变压器目前,牵引变电所中所采用的牵引变压器的接线方式主要有纯单相接线的接线方式主要有纯单相接线IiIi、VvVv接线、接线、Ynd11Ynd11接线和三相接线和三相两相平衡接线等。两相平衡接线等。为通用起见,暂且撇开这些具体的接线方为通用起见,暂且撇开这些具体的接线方式,用系统变换的方法研究牵引变电所负序电式,用系统变换的方法研究牵引变电所负序电流的一般表达式。流的一般表达式。供供
11、电电系系统统 牵引供电系统可以用这样的结构来描述:牵引供电系统可以用这样的结构来描述:电力系统电力系统牵引变电所牵引变电所牵引负荷牵引负荷AUBUCUAiBiCipipUnp,2,1 牵引变电所原边高压侧电力系统的相电压、牵引变电所原边高压侧电力系统的相电压、相电流分别记为相电流分别记为 、和和 、。设牵。设牵引变电所牵引侧有引变电所牵引侧有n个端口,且其电气量分别记个端口,且其电气量分别记为为 、,。可见,牵引变电所是联结。可见,牵引变电所是联结两侧系统的变换单元。两侧系统的变换单元。假设电力系统足够强大,能够提供三相对假设电力系统足够强大,能够提供三相对称的电压源。称的电压源。供供电电系系
12、统统若取若取 为基准相量,则有为基准相量,则有其中,其中,为算子,为算子,。ATTCBAUaaUUU21AU23210120jeaja3ppjjppApUU eU K epUAU3pKnpUUKApp,2 ,1 ,3设牵引侧端口电压设牵引侧端口电压 与高压侧线电压与高压侧线电压 之比之比为为 ,即,即 。pUAUppnp,2,1 并设并设 滞后滞后 的角度为的角度为 (称为端口(称为端口 的接线的接线角),角),即即供供电电系系统统 取端口取端口 的电流的电流 滞后其端口电压滞后其端口电压 的角度为的角度为功率因数角功率因数角 (设滞后为(设滞后为“+”),则端口电流的表),则端口电流的表达式
13、为达式为 ,。ppipUp()ppjppii enp,2,1 牵引侧任一端口单独运行时都不在三相电力系牵引侧任一端口单独运行时都不在三相电力系统中产生零序电流,则当统中产生零序电流,则当 存在时,原边高压侧的存在时,原边高压侧的三相电流满足三相电流满足pi0CpBpApiiinp,2,1,再者,由功率守恒原理再者,由功率守恒原理(电压取共轭电压取共轭,忽略变压器忽略变压器内部损失内部损失)得得*AApBBpCCpppUiUiUiUinp,2,1,供供电电系系统统 联立上述各条件,可得联立上述各条件,可得11223322011113cos03sinApBppppCpppiiKiiKnp,2,1,
14、在在上式两边左乘复数变换阵上式两边左乘复数变换阵 可得可得jj10100012201111313ppApjBpppjCppiaaiK eiaaiK enp,2,1 供供电电系系统统 经变换可得经变换可得 ,利用叠加原理即可求得,利用叠加原理即可求得个单相端口电流共同作用时的原边三相电流个单相端口电流共同作用时的原边三相电流 TCpBpApiiin212101111131ppAnjBp ppCnjp ppiiaaK i eiaaK i enp,2,1 再利用对称分量法,可解得正、负序电流通用表再利用对称分量法,可解得正、负序电流通用表达式达式113pnjp ppiK i e(2)113ppnjp
15、 ppiK i e供供电电系系统统 通用三相系统的正、负序(视在)功率表达式可通用三相系统的正、负序(视在)功率表达式可用用 乘以正、负序电流通用表达式的共轭复数求得。乘以正、负序电流通用表达式的共轭复数求得。AU31pnjppss e(2)1ppnjppss e 其中,其中,为端口,为端口 的视在功的视在功率模值。率模值。pp psU inp,2,1 p 由上述推导,可得如下结论:由上述推导,可得如下结论:结论结论1:各端口负荷在三相系统造成的负序功率,不:各端口负荷在三相系统造成的负序功率,不仅与各端口负荷的功率因数角仅与各端口负荷的功率因数角 (负荷性质)有关,(负荷性质)有关,还因端口
16、接线角还因端口接线角 不同而不同,即与负荷在各端口上的不同而不同,即与负荷在各端口上的分布方式及牵引变压器的接线方式有关。分布方式及牵引变压器的接线方式有关。供供电电系系统统 结论结论2:负荷占有三相系统的总容量:负荷占有三相系统的总容量 ,将因(正序)无功功率和负序功率的存在而增大,同将因(正序)无功功率和负序功率的存在而增大,同时负序功率的存在还使总功率时负序功率的存在还使总功率 s 的瞬时值随时间脉动,的瞬时值随时间脉动,使三相系统设备容量利用率下降。使三相系统设备容量利用率下降。sss 结论结论3:当单相的端口负荷功率给定时,不论牵引:当单相的端口负荷功率给定时,不论牵引变压器接线方式
17、如何,不论如何变换所选端口,均产变压器接线方式如何,不论如何变换所选端口,均产生相同模值的负序功率。换言之,为降低纯单相负荷生相同模值的负序功率。换言之,为降低纯单相负荷产生的负序功率(或负序电流)而选择牵引变压器的产生的负序功率(或负序电流)而选择牵引变压器的接线方式是无效的。接线方式是无效的。供供电电系系统统 结论结论3说明,给定端口负荷说明,给定端口负荷 ,接到任意,接到任意两个不同的端口两个不同的端口 、()时,它产生的负序)时,它产生的负序功率均为功率均为 。*pppiUs(2)ppjppss emnnm 结论结论4:当两臂牵引负荷大小不等时,无论采用何:当两臂牵引负荷大小不等时,无
18、论采用何种接线方式牵引变压器,均不能自行彻底消除负序电种接线方式牵引变压器,均不能自行彻底消除负序电流或功率,即此时恒有剩余负序电流存在。流或功率,即此时恒有剩余负序电流存在。证明:牵引供电系统通常有两个相异相位的单相证明:牵引供电系统通常有两个相异相位的单相牵引端口,且端口电压模值相等。牵引端口,且端口电压模值相等。01122(2)(1802)12jjiei e 令负序电流表达式为零,即令负序电流表达式为零,即 可得可得(2)113ppnjp ppiK i e0供供电电系系统统 显然,只有当显然,只有当21ii 01221902 两者同时成立时,才有两者同时成立时,才有 。0)(i 对于随机
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