电力系统课件-输电系统的故障分析.ppt

1、5/12/2022 本章主要内容有：本章主要内容有： 三相对称短路的实用计算方法；三相对称短路的实用计算方法； 对称分量法及序网络对称分量法及序网络 简单不对称故障分析方法。简单不对称故障分析方法。第五章输电系统的故障分析5/12/2022第一节 短路的一般概念l短路短路: :l指一切指一切不正常不正常的相与相或相与地之间（对于的相与相或相与地之间（对于中性点接地的系统）在电气上被短接。中性点接地的系统）在电气上被短接。5/12/2022表5-1 各种短路的示意图和代表符号 短路种类 示意图 代表符号三三 相相 短短 路路 f(3) 两两 相相 短短 路路 接接 地地 f(1,1) 两两 相相

2、 短短 路路 f(2) 单单 相相 短短 路路 f(1)一、短路的类型 5/12/2022绝缘材料的绝缘材料的自然老化自然老化，设计、安装及维护不良所带，设计、安装及维护不良所带来的来的设备缺陷设备缺陷发展成短路。发展成短路。恶劣天气：雷击造成的恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器闪络放电或避雷器动作，架动作，架空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。

3、挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。二、短路的主要原因二、短路的主要原因5/12/2022(1)(1)电流电流剧增：剧增：热热效应效应; ; 电动力电动力效应效应(2)(2)电压电压大幅度下降，对用户影响很大。大幅度下降，对用户影响很大。(3)(3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并列运行的长时，并列运行的发电机可能失去同步发电机可能失去同步，破坏，破坏系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短系统运行的稳定性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。路最严重的后果。(4) (4) 不对称短路时不对称短路时, ,三相不平衡电流三相不平衡电流会

4、在相邻的会在相邻的通讯线路感应出电动势通讯线路感应出电动势, ,影响通讯影响通讯. .三、短路的危害三、短路的危害5/12/2022四、计算短路电流的目的短路电流计算结果短路电流计算结果是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、是选择电气设备（断路器、互感器、瓷瓶、母线、电缆等）的依据；电缆等）的依据；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是电力系统继电保护设计和整定的基础；是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的是比较和选择发电厂和电力系统电气主接线图的依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。依据，根据它可以确定限制短路电流的措施。5/12/2022 一、三相短路的暂态过程一、三相短路的暂

5、态过程 第二节 三相对称短路图图5-1 5-1 简单三相电路短路简单三相电路短路5/12/2022图图5-2 5-2 非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图非周期分量有最大可能值时的短路电流波形图 5/12/2022对称稳态对称稳态运行时，电枢磁势的大小不随时间而变运行时，电枢磁势的大小不随时间而变化，在空间以同步速度旋转，它同转子没有相对运化，在空间以同步速度旋转，它同转子没有相对运动，因此不会在转子绕组中感应电流。动，因此不会在转子绕组中感应电流。突然短路突然短路时，定子电流在数值上发生急剧变化，时，定子电流在数值上发生急剧变化，电枢反应磁通也随着变化，并在转子绕组中感应电电枢反应磁通也

6、随着变化，并在转子绕组中感应电流，这种电流又反过来影响定子电流的变化。这种流，这种电流又反过来影响定子电流的变化。这种定子和转子绕组电流的互相影响定子和转子绕组电流的互相影响就是突然短路暂态就是突然短路暂态过程的特点。过程的特点。二 同步电机的三相短路1 、突然短路暂态过程的特点5/12/20222 2、无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析、无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析 图图5-3 5-3 无阻尼绕组同步发电机无阻尼绕组同步发电机正常稳态运行正常稳态运行时时磁链分解磁链分解示意图示意图(a) (b)5/12/20221 1）、）、 超导体闭合回路磁链守恒原则超导体闭合回路磁链守

7、恒原则（1 1）超导体超导体：电阻为零的导体。：电阻为零的导体。（2 2）超导体磁链守恒原则超导体磁链守恒原则：超导体回路：超导体回路能永久维持磁链不变。能永久维持磁链不变。（3 3）超导体磁链守恒原则的）超导体磁链守恒原则的数学描述数学描述： 若回路为超导体，则若回路为超导体，则R=0R=0，便有，便有（4 4）同步电机的各种绕组的电阻相对电）同步电机的各种绕组的电阻相对电抗来说很小，在分析时假定电阻为零，抗来说很小，在分析时假定电阻为零，即即作为超导体闭合回路来分析作为超导体闭合回路来分析。0 Ridtd常数即 , 0dtd5/12/2022 ifai i api 2i fi5/12/20

8、223、同步发电机的暂态参数、同步发电机的暂态参数 5/12/20225/12/2022（1 1）电势都同相位：电势都同相位：短路过程中各发电机之间不发生摇短路过程中各发电机之间不发生摇摆，并认为所有发电机的电势都同相位。摆，并认为所有发电机的电势都同相位。三、 电力系统三相短路的实用计算 1、三相短路实用计算的基本假设、三相短路实用计算的基本假设 （2）对称三相系统对称三相系统：除不对称故障处出现局部的不对称以外，实际的电力系统通常都当做是对称的。（3 3）金属性短路金属性短路: :短路处相与相（或地）的接触往往经过一短路处相与相（或地）的接触往往经过一定的电阻（如外物电阻、电弧电阻、接触电

9、阻等），这种电定的电阻（如外物电阻、电弧电阻、接触电阻等），这种电阻通常称为阻通常称为“过渡电阻过渡电阻”。所谓金属性短路，就是不计过渡。所谓金属性短路，就是不计过渡电阻的影响，即认为过渡电阻等于零的短路情况。电阻的影响，即认为过渡电阻等于零的短路情况。5/12/2022 2、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算、起始次暂态电流和冲击电流的实用计算 1). 1). 起始次暂态电流的计算起始次暂态电流的计算 11. 105. 1 E实用计算：实用计算：1 E不计负载影响：不计负载影响： 发电机发电机：用次暂态电势：用次暂态电势 和次暂态电抗和次暂态电抗 表示。表示。E dX IXjEVd 5/12

10、/2022异步电动机异步电动机： 000sinIXVE 2 . 0 X图图5-5 5-5 异步电机简化相量图异步电机简化相量图 5/12/2022综合负荷综合负荷： 8 . 0 E35. 0 X输电线路和变压器输电线路和变压器：次暂态参数与其稳：次暂态参数与其稳 态参数相同态参数相同 。 ffmfmfffZEIZEZEZEI 2211用次暂态参数表示的等值用次暂态参数表示的等值电路及次暂态电流计算电路及次暂态电流计算5/12/20222). 2). 冲击电流的计算冲击电流的计算LDLDimLDimIki 2LDLDimimimIkIki 221. LDimk1.7.51. LDimk1.8.7

11、1. LDimk5/12/20223、短路电流计算曲线及其应用、短路电流计算曲线及其应用 作用作用：求任意时刻：求任意时刻t t的短路电流周期分量。的短路电流周期分量。 1)计算曲线的概念计算曲线的概念 ),(tXfIjsP5/12/20222 ) 计算曲线的应用计算曲线的应用 电源合并的原则电源合并的原则：把短路电流变化规律大体相同：把短路电流变化规律大体相同的发电机合并起来的发电机合并起来 。（3)3)远离短路点的同类型发电厂合并；远离短路点的同类型发电厂合并；（4)4)无限大功率电源（如果有的话）合并成一组。无限大功率电源（如果有的话）合并成一组。 （1)1)与短路点电气距离相差不大的同

12、类型发与短路点电气距离相差不大的同类型发 电机合并；电机合并； （2)2)直接接于短路点的发电机（或发电厂）直接接于短路点的发电机（或发电厂） 单独考虑；单独考虑；5/12/2022应用计算曲线法的步骤应用计算曲线法的步骤（1 1）绘制等值网络；）绘制等值网络；（2 2）求转移电抗：）求转移电抗：X Xifif( (i i=1,2,=1,2,g) ,g) 、X Xsfsf；（3 3）求计算电抗；）求计算电抗；BNiifjsiSSXX（4 4）查表：）查表： Ipt1*，Ipt2*，Iptg* 。 （5 5）无限大功率电源供给的短路周期电流）无限大功率电源供给的短路周期电流 SfpSXI15/1

13、2/2022第第i i台等值发电机提供的短路电流为：台等值发电机提供的短路电流为： avNiiptNiiptiptVSIIII3无限大功率电源提供的短路电流为：无限大功率电源提供的短路电流为： avBpSBpSpSVSIIII3短路点周期电流的有名值为：短路点周期电流的有名值为：avBpSavNigiiptptVSIVSII331(6)(6)计算短路电流周期分量的有名值计算短路电流周期分量的有名值5/12/2022 4、短路电流周期分量的近似计算、短路电流周期分量的近似计算 (1)(1)选定基准功率选定基准功率 和基准电压和基准电压 ，作出，作出系统的标幺值等值电路，其中电源电势系统的标幺值等

14、值电路，其中电源电势 ，不，不计负荷。计负荷。(2)(2)网络化简求出电源对短路点的组合电抗网络化简求出电源对短路点的组合电抗 (3) (3) 求短路电流周期分量的标幺值求短路电流周期分量的标幺值BSavBVV 1 E* fXfPXI15/12/2022fBBPPXIIII（4 4）电流有名值）电流有名值（5 5）功率的有名值）功率的有名值fBXSS5/12/2022电力系统简单不对称故障的分析计算电力系统简单不对称故障的分析计算l对称分量法对称分量法l对称分量法在不对称故障分析计算中的应用对称分量法在不对称故障分析计算中的应用l电力系统元件序参数及系统的序网图电力系统元件序参数及系统的序网图

15、l简单不对称故障的分析计算简单不对称故障的分析计算1 1、什么是对称分量法？、什么是对称分量法？2 2、为什么要引入对称分量法？、为什么要引入对称分量法？分析过程是什么？分析过程是什么？1 1、各元件的序参数是怎样的？、各元件的序参数是怎样的？2 2、如何绘制电力系统的序网图？、如何绘制电力系统的序网图？如何利用对称分量法对如何利用对称分量法对简单不对称故障进行分简单不对称故障进行分析与计算？析与计算？5/12/2022一、对称分量法对称分量法即将一组不对称三相系统分解为正序、负序、零序三相对称的三相系统正序分量正序分量零序分量零序分量负序分量负序分量合成合成5/12/2022)0()2()1

16、()0()2()1()0()2()1(ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF数学表达式为：5/12/2022l正序分量：三相量大小相等，互差正序分量：三相量大小相等，互差1200，且，且与系统正常运行相序相同。与系统正常运行相序相同。l负序分量：三相量大小相等，互差负序分量：三相量大小相等，互差1200，且，且与系统正常运行相序相反。与系统正常运行相序相反。l零序分量：三相量大小相等，相位一致。零序分量：三相量大小相等，相位一致。0002222211121,acbacabacabFFFFaFFaFFaFFaF120jea 逆时针旋转逆时针旋转1201200 05/12/2022l三相

17、量用三序量表示三相量用三序量表示l三序量用三相量表示三序量用三相量表示02210210212021021aaaccccaaabbbbaaaaFFaFaFFFFFFaFaFFFFFFFFcbaaaaFFFaaaaFFF111113122021abcFSF12011111221aaaaS1201FSFabc5/12/2022)(31)0(cbaaIIII零序电流必须以中性线为通路。5/12/2022二、对称分量法在不对称故障分析中的应用 在一个三相对称的元件中（例如线路、变压器和发电机）， 如果流过三相正序电流,则在元件上的三相电压降也是正序的;负序零序同理. 对于三相对称的元件,各序分量是独立的

18、,即正序电压只与正序电流有关,负序零序也是如此.以一回三相对称的线路为例说明5/12/2022设该线路每相的自感阻抗为 sz相间的互感阻抗为 mz三相电压降与三相电流有如下关系：cbasmmmsmmmscbaIIIzzzzzzzzzUUU可简写为： abcabcZIU 5/12/2022则： 12011201IZSUS 即 120SC1201120IZISZSU 式中： msmsms1SCz2z000zz000zzSZSZ称为序阻抗矩阵称为序阻抗矩阵5/12/2022即：)0()0()0()0()2()2()2()2()1()1()1()1()2()()(aamsaaamsaaamsaIzIz

19、zUIzIzzUIzIzzU式中 )1(z)2(z)0(z分别称为此线路的正序、负序、零序阻抗。 由此可知：各序电压降与各序电流成线性关系；电压、电流、阻抗是可以分别解耦为正序、负序和零序的。5/12/2022l一台发电机接于空载线路，发电机中性点一台发电机接于空载线路，发电机中性点经阻抗经阻抗Zn接地。接地。la相发生单相接地相发生单相接地000000ccbbaaIVIVIV 5/12/2022la相接地的模拟相接地的模拟000000ccbbaaIVIVIV 5/12/2022将不对称部分用三序分量表示将不对称部分用三序分量表示应用叠加原理进行分解应用叠加原理进行分解5/12/2022正序网

20、正序网11121111)()(anaaaLGaaVZIaIaIZZIE1111)(aLGaaVZZIE01121111aaacbaIIIIII5/12/2022负序网负序网21222)(0aGaVZZI5/12/2022零序网零序网000003)(0anaLGaVZIZZI0000)3(0anLGaVZZZI00003acbaIIII5/12/20221111)(aLGaaVZZIE21222)(0aGaVZZI0000)3(0anLGaVZZZI00022211100aaaaaaVZIVZIVZIE5/12/2022三、电力系统各序网络三、电力系统各序网络l静止元件静止元件：正序阻抗等于负序

21、阻抗：正序阻抗等于负序阻抗旋转元旋转元件件：各序阻抗均不相同。如：发电机、电：各序阻抗均不相同。如：发电机、电动机等元件。动机等元件。l，不等于零序阻抗。如：变压器、输电线，不等于零序阻抗。如：变压器、输电线路等。路等。5/12/20221.各元件的序阻抗（一）输电线路的序阻抗正序:负序=正序零序（34）倍正序电抗 xx21 xxL1（二）发电机的序阻抗实用计算中发电机负序电抗计算 有阻尼绕组 无阻尼绕组发电机负序电抗近似估算值 有阻尼绕组 无阻尼绕组无确切数值，可取典型值，表8-4)(212qdXXX qdXXX2dXX 22.12dXX45.125/12/2022同步发电机的零序电抗同步发

22、电机的零序电抗l三相零序电流在气隙中产生的合成磁势为三相零序电流在气隙中产生的合成磁势为零，因此其零序电抗仅由定子线圈的漏磁零，因此其零序电抗仅由定子线圈的漏磁通确定。通确定。l同步发电机零序电抗在数值上相差很大同步发电机零序电抗在数值上相差很大（绕组结构形式不同）：（绕组结构形式不同）：l零序电抗典型值零序电抗典型值表8-4dXX ) 6 . 015. 0 (05/12/2022（三）异步电动机和综合负荷的序阻抗异步电动机和综合负荷的序阻抗l异步电机和综合负荷的正序阻抗：异步电机和综合负荷的正序阻抗： Z1=0.8+j0.6或或X1=1.2；l异步电机负序阻抗：异步电机负序阻抗：X2=0.2

23、；l综合负荷负序阻抗：综合负荷负序阻抗：X2=0.35；l异步电机和综合负荷的零序电抗：异步电机和综合负荷的零序电抗：X0=。5/12/2022（四）变压器的序阻抗正序阻抗： TTTjXRZ负序阻抗等于正序阻抗零序参数和等值电路有关：1.双绕组变压器5/12/20225/12/20222三绕组变压器x1x2x35/12/20221x2x3x5/12/2022nZ31x3x5/12/2022由此可以总结出： （1）当外电路施加零序电压，如果能在该侧产生零序电流，变压器与外电路接通，否则断开。 （2）二次零序电势若能施加到外电路，并能提供零序电流通路,变压器于外电路接通，否则断开。（3）通路取决于

24、外电路是否有接地中性点。 （4）若三个单相变压器组成一个三相变压器， )0(mx若三相五柱式， )0(mx三相三柱式， mmxx) 1()0(5/12/20222.序网络的构成序网络的构成作出如下系统的序网5/12/2022正序网正序网：DCdx 1Tx1Lx2Tx)1(fu负序网：负序网：dx 1Tx1Lx2Tx)2(fu零序网：零序网：1Tx0Lx2Tx)0(fu5/12/2022作图规则总结： （1）电源只在正序网络中。）电源只在正序网络中。 （2）中性点接地阻抗只在零序网络中作用。）中性点接地阻抗只在零序网络中作用。 （3）零序网络从故障点开始作。）零序网络从故障点开始作。5/12/2

25、022四、简单不对称短路的分析计算四、简单不对称短路的分析计算00022211100aaaaaaVZIVZIVZIE该方程组有三个方程，但有六个该方程组有三个方程，但有六个未知数，必须根据边界条件列出未知数，必须根据边界条件列出另外三个方程才能求解。另外三个方程才能求解。5/12/20221. 单相接地短路单相接地短路000cbaIIV00002210212021aaaaaaaaaIIaIaIIaIaVVV000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE)ZZZ(EIII0210a2a1a )ZZZ(E3IIII0210a2a1afa 5/12/2022000222111aaaaaaV

26、IjXVIjXVIjXE2、两相短路、两相短路0I0a cbcbaVVIII00022102120221021202100aaaaaaaaaaaaaaaVVaVaVVaVaIIaIaIIaIaIII)ZZ(EII212a1a )ZZ(E3jII21fbfc 5/12/20223. 两相短路接地两相短路接地000cbaVVI0210210aaaaaaVVVIII000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE)/(0211XXXjEIa 0210210aaaaaaIIIVVV1a0220a1a0202aIXXXIIXXXI 5/12/2022两相短路接地故障相电流两相短路接地故障相电流10202210202202211020221020220212)(2)2(33)(2)2(33aaaaacaaaaabIXXXXjX IXXXaXaIIaIaIIXXXXjX IXXaXXaIIaIaI120202)1 , 1()(13acbfIXXXXIII5/12/2022 4、正序等效定则、正序等效定则XZUI1)0(f)1(f