电力系统故障分析第五章电力系统横向短路故障分析教案课件.ppt
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- 电力系统 故障 分析 第五 横向 短路 教案 课件
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1、第5章 电力系统横向短路故障分析 教学目的:教学目的:建立对称分量法的概念建立对称分量法的概念理解并会应用对称分量法理解并会应用对称分量法构建电力系统各序网络构建电力系统各序网络掌握横向不对称故障的故障点电气量的分析掌握横向不对称故障的故障点电气量的分析掌握横向不对称故障的保护安装处电气量的分析掌握横向不对称故障的保护安装处电气量的分析掌握横向不对称故障的特点掌握横向不对称故障的特点掌握电压和电流对称分量经变压器后的相位变换关系掌握电压和电流对称分量经变压器后的相位变换关系1 1、对称分量法在不对称故障分析中的应用、对称分量法在不对称故障分析中的应用l电力系统的正常运行一般是对称的,它的三相电
2、路、各相电流、电压电力系统的正常运行一般是对称的,它的三相电路、各相电流、电压对称,只有正序分量。对称,只有正序分量。l当电力系统的某一点发生不对称故障时,三相电路的对称条件受到破当电力系统的某一点发生不对称故障时,三相电路的对称条件受到破坏,三相对称电路也就成为不对称的了。坏,三相对称电路也就成为不对称的了。l关键:故障点的不对称是使原来的三相对称电路变成不对称的关键所关键:故障点的不对称是使原来的三相对称电路变成不对称的关键所在。在。l在计算不对称故障时,设法在一定条件下,把故障点的不对称化为对在计算不对称故障时,设法在一定条件下,把故障点的不对称化为对称的,使由故障破坏了对称性的三相电路
3、转化成三相对称电路,从而称的,使由故障破坏了对称性的三相电路转化成三相对称电路,从而可以用单相电路进行计算。可以用单相电路进行计算。l那如何把故障点的不对称转化为对称的呢?这就用到了对称分量法。那如何把故障点的不对称转化为对称的呢?这就用到了对称分量法。AA1A2A02BB1B2B0A1A2A02CC1C2C0A1A2A0FFFFFFFFFFFFFFFFFFoj12013j22e o2j24013j22eA0ABC2A1ABC2A2ABC1=(+)31=(+)31=(+)3FFFFFFFFFFFF120120120A1FB1FC 1F120120120A2FB2FC 2FA 0FB0FC0F(
4、a)(b)(c)(a)正序分量 (b)负序分量 (c)零序分量序分量向量关系图:序分量向量关系图:第二节第二节 不对称短路各序网络的建立不对称短路各序网络的建立I、当、当F点发生单相(点发生单相(a相)接地短路时,由于相)接地短路时,由于F点三相对地阻抗不相等,导点三相对地阻抗不相等,导致三相电压和三相对地电抗不相等。将三相阻抗不相等处用三相不对致三相电压和三相对地电抗不相等。将三相阻抗不相等处用三相不对称的理想电压源代替。称的理想电压源代替。一、应用对称分量法分析不对称短路一、应用对称分量法分析不对称短路aaEcEbEFFA0UFB0IFC0IFFA0UFBUFCUII、将、将F点三相不对称
5、的电压源分解为三组电压对称的电压源,即正序、负点三相不对称的电压源分解为三组电压对称的电压源,即正序、负序、和零序电压。序、和零序电压。aaEbEcEaFB1UFA1UFC1UFC2UFB2UFA2UaFC0UFB0UFA0U+III、应用叠加原理分三次求解。、应用叠加原理分三次求解。分析:分析:正序网络:各发电机电势及短路点所加的电压源都是三相对称得正序正序网络:各发电机电势及短路点所加的电压源都是三相对称得正序电势和电压。而网络各元件的阻抗也是三相对称,所以网络中各支路电势和电压。而网络各元件的阻抗也是三相对称,所以网络中各支路电流,各节点电压必然是三相对称的正序分量,不可能出现负序、零电
6、流,各节点电压必然是三相对称的正序分量,不可能出现负序、零序分量。序分量。所以可以采用单相分析法(以所以可以采用单相分析法(以a相为例)。相为例)。等值电势等值电势 等于端口等于端口F的对地开路电压,亦即故障前的对地开路电压,亦即故障前F点的相电点的相电压。压。从从F点看进去的等值阻抗。点看进去的等值阻抗。FA 0U1Z11Z1FNFA1I FA 0UFA1U负序、零序网络分别都是三相对称,可以采用单相分析法,且均为负序、零序网络分别都是三相对称,可以采用单相分析法,且均为单口无源网络,可用等值阻抗表示。单口无源网络,可用等值阻抗表示。Z0F0N0FA0UFA0I2Z2FFA2UFA2I各序网
7、的电压方程式分别是各序网的电压方程式分别是:FA1FA11FA 0FA2FA22FA0FA00UUIZUIZUIZ 方程中有短路点各序电流及各序电压,共六个未知量,方程的求解还需方程中有短路点各序电流及各序电压,共六个未知量,方程的求解还需要三个方程。可由故障类型的边界条件而得。要三个方程。可由故障类型的边界条件而得。例:例:G2G1G3T1T2T3L1L2L3Xn22139567811151281413正序网:正序网:131235679 11 1281410E1E2E3负序网:负序网:零序网:零序网:131235679 11 1281410E1E2E3E18二、正序网络:与三相短路的等值线路
8、相同,中性点接地阻二、正序网络:与三相短路的等值线路相同,中性点接地阻抗和空载线路不计入。抗和空载线路不计入。三、负序网络:与正序网基本相同。不同之处:发电机等旋三、负序网络:与正序网基本相同。不同之处:发电机等旋转元件用负序电抗代替正序电抗;将电源点接地。转元件用负序电抗代替正序电抗;将电源点接地。四、零序网络:从短路点开始寻找零序电流通路,流得通的四、零序网络:从短路点开始寻找零序电流通路,流得通的地方画下来,流不通的地方去掉。地方画下来,流不通的地方去掉。第三节第三节 两相短路故障分析两相短路故障分析一、一、BC两相直接短路两相直接短路以相量形式表示的边界条件为以相量形式表示的边界条件为
9、(2)(2)(2)(2)(2)FAFBFCFBFC00IIIUU&;以基准相以基准相A相序分量表示的边界条件为相序分量表示的边界条件为(2)FA0(2)(2)FA1FA2(2)(2)FA1FA200IIIUU&复合序网是正序网络和负序网络的并联复合序网是正序网络和负序网络的并联,零序网络开路零序网络开路。1ZF A0U1FF A 1IF A 1U2F2NF A 2IF A 2U2Z1NZ0F0N0 计算故障点短路电流、对地电压各序分量为:计算故障点短路电流、对地电压各序分量为:FA 0(2)(2)FA1FA212UII&FA 0(2)(2)(2)FA1FA2FA22212UUUIZZ&2FA0
10、0I&()(2)(2)FA0FA000UIZ&故障支路的各相电流:故障支路的各相电流:(2)(2)(2)(2)FAFA1FA2FA0FA0(2)2(2)(2)(2)2(2)(2)FBFA1FA2FB0FA1FA112(2).FA0(2)(2)2(2)2(2)(2)FA2FCFA1FC0FA1FA1120j 3()j 3j 3I()j 3IIIIUIIIIIIZZUIIIIIZZ&12ZZ当当时:时:FA 0(2)(2)(3)FBFCFA133jj22UIII&说明说明,该处两相短路电流是三相短路电流的该处两相短路电流是三相短路电流的 倍倍 32故障点的各相电压为故障点的各相电压为:(2)(2)
11、(2)(2)(2)FAFA1FA2FA0FA1(2)2(2)(2)(2)2(2)(2)(2)FBFA1FA2FB0FA1FA1FA(2)(2)2(2)(2)2(2)(2)(2)FCFA1FA2FC0FA1FA1FA21(21(2UUUUUUUUUUUUUUUUUUU)&说明,两故障相电压大小相等,相位相同,数值上是非故障相电压的一半,说明,两故障相电压大小相等,相位相同,数值上是非故障相电压的一半,相位与非故障相电压相反。相位与非故障相电压相反。故障点电压和电流之间的相量关系故障点电压和电流之间的相量关系保护安装处电压、电流相量关系保护安装处电压、电流相量关系(2)(2)(2)MA1MFA12
12、MFA2(2)(2)(2)(2)MB1MFB12MFB21MFB(2)(2)(2)(2)MC1MFC12MFC21MFC0ICICIICICICIICICICI&(2)(2)(2)(2)MAFA1M FA11 F2M FA22 FFA(2)(2)(2)(2)(2)MBFB1M FB11 F2M FB22 FFBMB1 F(2)(2)(2)(2)(2)MCFC1M FC11 F2M FC22 FFCMC1 FUUC IZlC IZ lUUUC IZlC IZ lUIZlUUC IZlC IZ lUIZl二、二、BC相经过渡电阻短路相经过渡电阻短路过渡电阻:相间短路主要是弧光电阻;接地短路还有过渡
13、物电阻。过渡电阻:相间短路主要是弧光电阻;接地短路还有过渡物电阻。复合序网:复合序网:FA 0(2)(2)FA 1FA 2(2)12gUIIZZR&可得:可得:其他电气量就可以用对称分量法合成。其他电气量就可以用对称分量法合成。非故障相中没有故障分量,保持原有负荷电流。非故障相中没有故障分量,保持原有负荷电流。四、保护安装处电流突变量四、保护安装处电流突变量三、带负荷电流时保护安装处电流三、带负荷电流时保护安装处电流(2)(2)(2)MAAL1MFA12MFA2AL(2)(2)(2)(2)MBBL1MFB12MFB2BL1MFB(2)(2)(2)(2)MCCL1MFC12MFC2CL1MFCI
14、ICICIIIICICIICIIICICIICI&相电流突变量(故障分量)为相电流突变量(故障分量)为22MAMAAL(2)(2)(2)MBMBBL1M FB(22(2)MCMCCL1M FC0IIIIIIC IIIIC I()()()相电流差突变量为相电流差突变量为2(2)(2)(2)MABMAMB1MFB(2)(2)(2(2)MBCMBMC1MFB(2(2(2)(2)(2)MCAMCMA1MFC1MFB2IIIC IIIIC IIIIC IC I()三个相电流差突变量都有较大值,且两故障相的相电流差突变量数值最大。三个相电流差突变量都有较大值,且两故障相的相电流差突变量数值最大。Note:
15、Note:单电源线路上两相短路时,负荷侧的相电流突变量,相电单电源线路上两相短路时,负荷侧的相电流突变量,相电流差突变量都是流差突变量都是0。第四节第四节 单相接地短路故障分析单相接地短路故障分析一、一、A相直接接地故障:相直接接地故障:以相量形式表示的边界条件为以相量形式表示的边界条件为(1)(1)(1)FBFCFA000IIU&;以基准相以基准相A相序分量表示的边界条件为相序分量表示的边界条件为(1)(1)(1)(1)FA 1FA 2FA 0FA(1)(1)(1)FA 1FA 2FA 0130IIIIUUU&A相单相接地故障的复合序网是正序网络、负序网络和零序网络串联。相单相接地故障的复合
16、序网是正序网络、负序网络和零序网络串联。故障点各序电流为故障点各序电流为 FA 0(1)(1)(1)FA1FA2FA0120UIIIZZZ =&故障点各序电压分量为故障点各序电压分量为 2FA 0(1)(1)FA 2FA221200FA 0(1)(1)FA 0FA0012020FA 0(1)(1)(1)FA1FA 2FA 0120()()ZUUIZZZZZUUIZZZZZZUUUUZZZ&故障支路的电流故障支路的电流 FA 0(1)(1)(1)(1)FAFA0FA1FA21203333UIIII&12 当当 时时 FA 0(1)(3)AFAFA0010111333222UEII&10(1)(3
17、)FAFAII&00Z当当 时时即故障点单相接地短路电流大于三相短路电流,极限情况为即故障点单相接地短路电流大于三相短路电流,极限情况为 (1)(3)FAFA1.5II&则则(1)(3)FAFAII&10 当当 时时即故障点单相接地短路电流小于三相短路电流,极限情况为为即故障点单相接地短路电流小于三相短路电流,极限情况为为 0Z(1)FA0I&则则故障点处的电压故障点处的电压(1)FA(1)2(1)(1)(1)10FBFA1FA2FB0BA10(1)(1)2(1)(1)10FCFA1FA2FC0CA10022UZZUUUUEEZZZZUUUUEEZZ&取两电压的模值,经变换可得取两电压的模值,
18、经变换可得(1)(1)0101FBFCA201(2)()1(2)ZZZZUUEZZ&即单相接地短路时故障点非故障相电压要降低;即单相接地短路时故障点非故障相电压要降低;当当10ZZ时时,(1)(1)FBFCAUUE&有有00Z(1)(1)FBBAAFCCAA1313j2222UEEEUEEE,j&与与 间相角差为间相角差为 。(1)FBU&(1)FCU&180极限情况为极限情况为当当 时,有时,有 ,即单相接地短路时故障点非故,即单相接地短路时故障点非故障相电压要升高,极限情况是障相电压要升高,极限情况是 ,与与 间相角差为间相角差为 ;10ZZ(1)(1)FBFCAUUE&0(1)FCU&(
19、1)FCU&60(1)j150FBBAA3UEEeEo&(1)j150FCCAA3UEEeE-o&当当 时,有时,有 ,即单相接地短路时故障点非故障相,即单相接地短路时故障点非故障相电压保持与原有值相同电压保持与原有值相同 ,10ZZ(1)(1)FBFCUUEA&(1)(1)FBBFCCUE UE&、(1)FCU&(1)FBU&与与间相角差为间相角差为120在在 不同时,单相接地短路时故障点非故障相电压端点的变化轨不同时,单相接地短路时故障点非故障相电压端点的变化轨迹迹 120ZZZ下,故障点电压和电流的相量关系故障点电压和电流的相量关系10ZZ上图是在上图是在 作出的,作出的,此时两非故障相
20、电压夹角此时两非故障相电压夹角 。120保护安装处电压、电流相量关系保护安装处电压、电流相量关系(1)(1)(1)(1)(1)(1)MA1MFA12MFA20MFA01MFA0M1MFA0(1)(1)(1)(1)(1)MB1MFB12MFB20MFB00M1MFA0(1)(1)(1)(1)(1)MC1MFC12MFC20MFC00M1MFA0ICICICICICCIICICICICCIICICICICCI()()()&(1)(1)(1)(1)MAFA1M FA1 1 F2M FA22 F0M FA00 F(1)(1)1M FA0M1MFA01 F(1)(1)(1)(1)MBFB1M FB1 1
21、 F2M FB22 F0M FB00 F(1)(1)FB0M1MFB01 FMC1 31 3UUC IZlC IZ lC IZ lC IK CCIZlUUC IZlC IZ lC IZ lUK CCIZlU(1)(1)(1)(1)FC1M FC11 F2M FC22 F0M FC00 F(1)(1)FC0M1MFC01 F1 3UC IlC IlC IZ lUK CCIZl(a)电压相量关系(b)电流相量关系()(c)电流相量关系()0M1MCC0M1MCC二、二、A A相经过渡电阻的单相接地短路相经过渡电阻的单相接地短路(a)F点经过渡电阻 的A相接地短路(b)点的A相金属性短路(1)gRF
22、复合序网:复合序网:得到:得到:FA 0(1)(1)(1)FA1FA2FA0(1)120g3UIIIZZZR&三、带负荷电流的保护安装处电流三、带负荷电流的保护安装处电流(1)(1)(1)(1)(1)(1)MAAL1M FA12M FA20M FA0AL1M FA0M1MFA0(1)1M0MALFA(1)(1)(1)(1)(1)MBBL1M FB12M FB20M FB0BL0M1MFA0(1)0M1MBLFAMC)233IIC IC IC IIC ICCICCIIIIC IC IC IICCICCIII+(+()&(1)(1)(1)(1)(1)CL1M FC12M FC20M FC0CL0M
23、1MFA0(1)0M1MCLFA3IC IC IC IICCICCII+()&可见,当可见,当 时,非故障相电流中,除负荷电流外还有故障分量电流。时,非故障相电流中,除负荷电流外还有故障分量电流。1M0MCC四、保护安装处电流突变量四、保护安装处电流突变量相电流突变量(故障分量)为:相电流突变量(故障分量)为:(1)1M0MMAMAALFA(1)(1)(1)0M1MMBMBBLFA1(1)0M1MMCMCCLFA2333CCIIIICCIIIICCIIII(1)(1)()(1)相电流差突变量为相电流差突变量为:(1)(1)(1)M ABM AM B1MFA(1)(1)(1M BCM BM C(
24、1(1(1)(1)M CAM CM A1MFA0IIICIIIIIIICI (1)两非故障相电流差突变量是两非故障相电流差突变量是0。第五节第五节 两相短路接地故障分析两相短路接地故障分析BC两相短路接地故障两相短路接地故障以相量形式表示的边界条件为以相量形式表示的边界条件为(1 1)(1,1)(1,1)FAFBFC000IUU&,;以基准相以基准相A相序分量表示的边界条件为相序分量表示的边界条件为(11)(11)(11)FA1FA2FA0(1 1)(1 1)(1 1)(11)FA1FA2FA0FA013IIIUUUU,&两相接地短路的复合序网是正序、负序、零序网络并联两相接地短路的复合序网是
25、正序、负序、零序网络并联。FA 0(1 1)FA120102UIZ ZZZZ,&故障点各序电流为:故障点各序电流为:(1 1)(1 1)0FA2FA120ZIIZZ,&(11)(11)2FA0FA120ZIIZZ,&流入地中的电流(流入地中的电流(3倍零序电流)倍零序电流)为为 gI(1,1)(1,1)(1,1)(3)1gFBFCFA0FA01332ZIIIIIZZ(1,1)(1,1)FBFCII、取模值,经变换有取模值,经变换有 2020(1,1)(1,1)(1,1)(3)20FBFCFA1FA22200223 112ZZZZZ ZIIIIZZZZ120ZZZ即两相接地短路的短路电流大于三相
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