短路母线动稳定校验的研究

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电力系统动稳定校验是选择各类高低压设备以及导体必须要进行的安全性校验之一。母线在电力系统中起着汇集、分配电能的重要作用,对母线进行短路动稳定校验就是验证母线短路情况下的动稳定性,校验结果的准确性直接影响到了系统的安全稳定。传统短路母线动稳定校验的主要依据是电力工程电气设计手册中有关导体设计的相关内容,主要关心的是高电压等级下支持式母线的动稳定校验工作。随着电力系统的不断发展,在保证较高电压等级线路设备动稳定性满足要求的前提下,保证较低电压等级设备的动稳定性也越来越重要。同时,悬挂式母线由于其绝缘子支持方式的特殊性,动稳定校验也与传统的支持式母线有所不同,但设计手册中并未对其进行专门研究,继续采用其中的结论虽然能够满足工程设计的需要,但就研究的角度来说其精确性就有待商榷。为了满足不同电压等级及支持方式下母线短路动稳定校验计算精确性的要求,本文根据电力系统导体短路动稳定校验的一般步骤,首先,对最大短路电流出现的条件及幅值进行理论推导,讨论了不同电压等级下短路电流取峰值的条件及冲击系数的取值,并与设计手册中相关结论对比。然后,采用本文提出的冲击电流计算方法推导了管型母线短路电动力计算的数学表达式;采用遗传算法计算不同电压等级下其极值及极值的出现条件,并与设计手册中短路电动力计算方法相对比;考虑母线及绝缘子固有频率对电动力的响应情况,讨论了不同主振频率的母线对短路电动力的响应情况,分析振动系数对电动力计算结果的影响。最后,考虑悬挂式母线的特殊情况,在进行柔性支座理论分析的基础上,利用ANSYS有限元软件对悬挂式管母线及V型绝缘子的模态特性进行了仿真分析,研究了其自振频率与绝缘子刚度的变化关系。计算和仿真结果表明,在电压等级较低的系统中,本文得到的短路冲击系数较设计手册中的略高,峰值电流出现的时间比手册中的0.01s要早;最大短路电动力出现的时间在较低电压等级系统中比手册中的0.01s早,此时电流初相角较5π/12大,电动力的幅值略高于手册计算得到的结果。校验中若考虑母线固有频率对电动力的响应,采用手册中计算方法对悬挂式管母线进行动稳定校验是相对安全和保守的。
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