不对称故障的分析计算课件.ppt

1、2022年6月1日星期三5-15-1各种不对称断路时故障处的各种不对称断路时故障处的短路电流和电压短路电流和电压5-25-2非故障处电流和电压的计算非故障处电流和电压的计算5-3 5-3 非全相运行的分析计算非全相运行的分析计算第五章第五章 不对称故障的分析计算不对称故障的分析计算2022年6月1日星期三概述：概述：简单不对称故障简单不对称故障: :仅在一处发生短路或断线的故障。可分为二类：（1）横向不对称故障：两相短路、单相接地短路、两相接地短路；其特点为由系统网络中的某一点（节点）和公共参考点（接地点）构成故障端口。（2）纵向不对称故障：一相断线、二相断线；其特点为由电力网络中的两个高电位

2、点之间构成故障端口。分析方法：分析方法：（1）解析法：联立求解三序网络方程和故障边界条件方程；（2）借助于复合序网进行求解。2022年6月1日星期三系统各序等值电路系统各序等值电路2022年6月1日星期三5-1各种不对称短路时故障处的短路电流和电压0, 0kckbkaIIU2022年6月1日星期三221021200210kakakakckakakakbkakakakaIaIaIIIaIaIIUUUU1202212)(0)()(kakakakaIaaIIaaIaa031021021kakakakakakakaUUUIIII2022年6月1日星期三( (二二) )复合序网复合序网111021021

3、21222010000202111)()(ZIEZZIUUUZIZIUZIZIUIIZZZEIkaakakakakakakakakakakakakaaka2022年6月1日星期三0221022102221021201021110033ZaZaaIUUaUaUZaZaaIUUaUaUUIIIIIIIIkakakakakckakakakakbkakckbkakakakakaka2022年6月1日星期三参考向量：Uka|0|Uka|0|电流相量图电流相量图（四）向量图：（假定阻抗为纯电抗）电压相量图电压相量图2022年6月1日星期三非故障相电压变化情况：2022年6月1日星期三（五）基本特点：（1）

4、短路点各序电流大小相等，方向相同。）短路点各序电流大小相等，方向相同。（2）短路点正序电流大小与短路点原正序网络上）短路点正序电流大小与短路点原正序网络上增加一个附加阻抗增加一个附加阻抗 而发生三相短路而发生三相短路时的电流相等时的电流相等:（3）短路点故障相电压等于零。）短路点故障相电压等于零。02)1(ZZZ)1(1102111ZZEZZZEIaaka2022年6月1日星期三为分析简便，电阻忽略不计，只考虑各元件的电抗。xxk1021XX令UUUUUkakbkakakbkkkka000022121当0k300003jkbkbkakbeUUUU当k300001322jkbkbkakbeUUU

5、U021kakakaIII假设：0kbkbUU当1k 2022年6月1日星期三UkbUkb0Ukc0Uka0 xxk10中，因为 定， 可变。时 时 中性点不直接接地 00X0X1X0X0kk中性点不直接接地,3非故障相电压为倍2022年6月1日星期三故障点非故障相电压升高，严重时要引起过电故障点非故障相电压升高，严重时要引起过电压。为此，在中性点直接接地的系统中，必须压。为此，在中性点直接接地的系统中，必须要保证一定数量的变压器中性点接地，以控制要保证一定数量的变压器中性点接地，以控制 数值不要过大。数值不要过大。负序电压：故障点的负序电压与负序电流大小各序相同。零序电压：故障点的零序电压与

6、零序电流成正比，所以零序电流与零序电压的大小关系相同。2022年6月1日星期三（七）单相经阻抗接地短路故障边界条件：gkakakckbZIUII、001方法一：gkakakakakakakaZIUUUIII10210213,2022年6月1日星期三复合序网如下：2022年6月1日星期三)3()(02110212122201000gkakakakakakakakakakaZZZZIUUUZIZIUZIZIU2022年6月1日星期三2.方法二K点故障边界条件为：转换为对称分量：00akkckbUII00021021akakakkakakaUUUIII2022年6月1日星期三二. 两相短路（一）故障

7、边界条件：（一）故障边界条件：20122012221212()()kbkakakakckakakakakakakaUUa Ua UUUa Ua Uaa Uaa UUU转换为对称分量(a为基准相）：0,kakbkckbkcIIIUU 2022年6月1日星期三022211201()0311()3311()330kakakbkckakakbkckbkakakbkckbkakakaIIIIIIaIa IjIIIa IaIjIIII ，（二）求解方法（1 1）解析法）解析法2022年6月1日星期三112112122akakakakakaUEIZUIZIZ111011211211222220000aka

8、ZkakakakakakakakakakakkaaaIIIUEIUIZUIZUEIZUIZ 2022年6月1日星期三1121222kakakakakaUUUUIZ212121212221211111(3)12112120()3333322kbkakakakakckakakakakakakbkakakakakckakbaakbkckaUa UaUUUUaUa UUUIIIa Ia Iaa IjIIjIIEEIIjjjIZZZ 2022年6月1日星期三当故障点远离发电机时，可认为012120kakakakakaIIIUU （2 2）复合序网法）复合序网法根据故障边界条件，将基本序网在故障端口处连接

9、所构成的网络称为复合序网。由复合序网，可直接求出故障点电压电流的序分量。21ZZ2022年6月1日星期三（三）故障点电流电压向量关系(向量图）：先确定参考相量：（假定阻抗为纯电抗）可以直观的了解三相电流、电压的相对大小和它们之间的相位关系。1kaU112kakaUIZ2022年6月1日星期三（四）两相经阻抗短路1方法一：0,kakbkckbkbkcfIIIUUIZ 0121120,kakakakakakafIIIUUIZ 2022年6月1日星期三112122122211122()akakafkakakakakakakaffEIIZZZUIZIZUUIZIZZ 2022年6月1日星期三2. 2.

10、 方法二：在K点发生的两相短路可等值的看成是在K点发生的两相金属性短路。K故障边界条件为：0,kakbkck ck bIIIUI 012210,kakakak ak aIIIUI 2022年6月1日星期三(五) 两相短路的基本特点：（1）短路电压电流中不存在零序分量；（2）两故障相中的短路电流的绝对值相等，方向相反，数值上为正序电流的 倍；3111(2)121aakaEEIZZZZ（3）当在远离发电机的地方发生两相短路时，可通过对序网进行三相短路计算来近似求两相短路的电流；（4）两相短路时的正序电流在数值上与在短路点加一个附加阻抗 构成一个增广正序网而发生三相短路时的电流相等。即（5）短路点两

11、故障相电压总是相等，数值上为非故障相电压的一半，相位上总是与非故障相电压方向相反。(2)Z2022年6月1日星期三0,0kakbkcIUU（一）故障边界条件：转换为对称分量(a为基准相）120120013kakakakakakakaIIIUUUU2022年6月1日星期三1120120021202012020112020( )( )( )()akakakakakakakakakak sk sk sEIZZZZZZIIZZZIIZZZZUUUIZZSUI （二）复合序网(三)短路点电气量2022年6月1日星期三120222012012022201201200()()kakakakakbkakaka

12、kakckakakakaIIIIZaZIaIa IIIaZZZa ZIa IaIIIaZZ220120220120()()k bk ak ck aXa XIIaXXXaXIIaXX故障点各相电气量为：故障点各相电气量为：当当 为纯电抗时，两故障相电流为为纯电抗时，两故障相电流为：120,ZZZ2022年6月1日星期三1201203330kakakakakakakakbkcUUUUUUUUU21313,2222ajaj (1,1)20122031()kbkckakXXIIIIXX将将代入上式，并取绝对值，整理后可得：代入上式，并取绝对值，整理后可得：两相接地短路时，流入地中的电流为两相接地短路时

13、，流入地中的电流为故障处各相电压为2012033gkbkckakaZIIIIIZZ2022年6月1日星期三xxk200 300200211113IkkkkIIkkckb00k10kk0 33IIIkkckb 3IIIkkckb 323IIIkkckb令令2022年6月1日星期三xxxxxxxxUIxUUkakakakaj0201210201101UUUkakaka021kkUUUfafafa0001213300k10kk00UkaUUkaka0UUkaka023非故障相电压升高23倍，比单相接地小。2022年6月1日星期三(四)向量图(假定阻抗为纯电抗):参考相量：1k aU000222kak

14、akakaUIZUIZ 02ZZ2022年6月1日星期三(2) 短路处两故障相电压等于零；(1)短路处正序电流与在原正序网络上增接一个附加阻抗后而发生三相短路时的短路电流相等:02)1 , 1(/ZZZ两相短路接地的特点：两相短路接地的特点：2022年6月1日星期三0()kakbkckbkcgIUUIIZ1201200103kakakakakakakakagIIIUUUUIZ（六）两相短路又经阻抗接地1.方法一：故障边界条件：转化为对称分量：2022年6月1日星期三1120120(3)3akaggEIZZZZZZZ0212033gkakagZZIIZZZ201203kakagZIIZZZ111

15、1akakaUEIZ222kakaUIZ000kakaUIZ2022年6月1日星期三2.方法二：因Zg中只流过零序电流，所以可将Zg移到中性点的位置上。在K点对N0点发生的bc短接后又经Zg的接地短路可看成是在K和N0之间发生的两相金属性接地短路，所对应的复合序网不变。2022年6月1日星期三四、几点结论(a为基准相）短路电流的绝对值与它的正序分量的绝对值成正比，即1. 正序等效定则)(11)(1nankaZZEI不对称短路故障时故障支路的正序分量电流，等于故障点阻抗加上一个附加阻抗后发生三相短路的电流。2)2(0202)1 , 1(02)1()3(;0ZZZZZZZZZZZ2022年6月1日

16、星期三)( nX)( nm0202kkkkXXXX20202)(13kkkkXXXXj2kX3 02kkXX式中)(nm为比例系数，其值视短路类型而定。 短路类型短路类型f(n)三相短路三相短路f(3)两相短路接地两相短路接地f(1,1)两相短路两相短路f(2)单相短路单相短路f(1)()1()()(nkannfImI0132022年6月1日星期三在应用对称分量法进行计算时，首先需要选定一个基准相单 相 接 地 短路 时 ， 故 障相为特殊相；两 相 短 路 和两 相 接 地 短路 时 ， 非 故障 相 为 特 殊相在短路故障计算中，通常选故障时故障处三相中的特殊特殊相相作为基准相特殊相指故障

17、处与另两相情况不同的那一相2. 关于基准相的选择2022年6月1日星期三同一类型短路故障发生在不同相上时，基准相的序分量故障边界条件的形式不会改变，于是复合序网的形式不会改变，计算公式、结论均不会改变，只是表达式中下脚符号改变而已。a相单相接地短路:bc相接地短路:或以b相为基准相：或以ab相为基准相：0021021kakakakakakaUUUIII0021021kbkbkbkbkbkbUUUIII120120013kakakakakakakaIIIUUUUkakakakakakakaUUUUIII2100210212022年6月1日星期三好处：好处： 1、故障边界方程的形式最简单；2、同一

18、类型短路故障发生在不同相上时，基准相的序分量故障边界条件的形式不会改变，于是复合序网的形式不会改变，计算公式、结论均不会改变，只是表达式中下脚符号改变而已。2022年6月1日星期三3.关于复合序网(2)串连型故障：其复合序网由三个独立的序网络相串连而成。如单相接地短路。(1)电力系统对某一故障点的正序网络、负序网络、零序网络，属于基本序网，与故障类型、相别无关。但由各序网组合成的复合序网与短路故障的类型、相别有关。 并联型故障：其复合序网由三个独立的序网络并联而成。如两相接地短路故障。2022年6月1日星期三5-2 非故障处电流电压计算电力系统设计运行中，除需要知道电力系统设计运行中，除需要知

19、道故障点故障点的短路电的短路电流和电压外，有时还需要知道流和电压外，有时还需要知道网络网络中某些中某些支路支路电流电流和和节点节点电压。电压。基本思路：基本思路：先求出电流电压的各序分量在网络中的先求出电流电压的各序分量在网络中的分布，然后将相应的各序分量进行合成求得各相电分布，然后将相应的各序分量进行合成求得各相电流和相电压。流和相电压。2022年6月1日星期三一、对称分量经变压器后的相位变化一、对称分量经变压器后的相位变化1.Y1.YY Y1212连接的变压器连接的变压器：不发生相位移动。：不发生相位移动。2022年6月1日星期三2.Y2.Y1111连接的变压器连接的变压器: :移相移相3

20、0300 0（顺时针）2022年6月1日星期三2.Y2.Y1111连接的变压器连接的变压器。2022年6月1日星期三2.Y2.Y1111连接的变压器连接的变压器00003033011130330222jjaAAjjaAAVV eV eVV eV e00003033011130330222jjaAAjjaAAII eI eIIeIe)()()(212302230122121302301221222130230121000000AAjAjAaacAAjAjAaabAAjAjAaaaIaIajeIaeIaIaIaIIIjeIaeIaIaIaIIaIajeIeIIII推广：对推广：对Y YK K连接的

21、变压器连接的变压器0030113022jkaAjkaAVV eVV e0030113022jkaAjkaAII eIIe2022年6月1日星期三二、各种不同类型短二、各种不同类型短路时各序电压分布规路时各序电压分布规律律1.电压规律：电压规律：1、正序：正序网中电源处电压最高，故障点最低；2、负序、零序：负序零序网中，故障点处电压最高。000022221111IjXVVIjXVVIjXVVfhfhfh2.电压分布的计算：电压分布的计算：2022年6月1日星期三5-3 5-3 非全相断线的分析计算非全相断线的分析计算 非全相断线非全相断线 横向故障和纵向故障横向故障和纵向故障2022年6月1日星

22、期三000222111)0(aaaaaaf fVIZ VIZ VIZV2022年6月1日星期三一、单相断开一、单相断开00cbaVVI0210210aaaaaaVVVIII000222111)0(aaaaaaf fVIjX VIjX VIjXV )/(1022010202021)0(1aaaaf faIXXXIIXXXIXXXjVI2022年6月1日星期三单相断开的复合序网单相断开的复合序网000222111)0(aaaaaaf fVIZ VIZ VIZV0210210aaaaaaVVVIII2022年6月1日星期三非故障相电流和断口电压非故障相电流和断口电压10202210202210202

23、2102022)(2)2(33)(2)2(33aacaabIXXXXjXIXXXaXaIIXXXXjXIXXaXXaI120202)(13acbIXXXXII10202133aaaIXXXXjVV2022年6月1日星期三二、两相断开二、两相断开00acbVII0021021aaaaaaVVVIII000222111)0(aaaaaaf fVIjX VIjX VIjXV)(021)0(021XXXjVIIIf faaa2022年6月1日星期三两相断开时的复合序网两相断开时的复合序网0021021aaaaaaVVVIII000222111)0(aaaaaaf fVIjX VIjX VIjXV2022年6月1日星期三非故障相电流和端口电压非故障相电流和端口电压13aaII100210221002102223)2(23 ) 1()(3)2(23 ) 1()(aacaabIXjXXIXaXaajVIXjXXIXaXaajV