電力系統(tǒng)輸電系統(tǒng)的故障分析

1、第五章輸電系統(tǒng)的故障分析,第一節(jié) 短路的一般概念,短路: 指一切不正常的相與相或相與地之間（對于中性點接地的系統(tǒng)）在電氣上被短接,表5-1 各種短路的示意圖和代表符號,一、短路的類型,絕緣材料的自然老化，設計、安裝及維護不良所帶來的設備缺陷發(fā)展成短路。 惡劣天氣：雷擊造成的閃絡放電或避雷器動作，架空線路由于大風或導線覆冰引起電桿倒塌等。 人為誤操作，如運行人員帶負荷拉刀閘，線路或設備檢修后未拆除地線就加上電壓引起短路。 挖溝損傷電纜，鳥獸跨接在裸露的載流部分等,二、短路的主要原因,1)電流劇增：熱效應; 電動力效應 (2)電壓大幅度下降，對用戶影響很大。 (3)當短路發(fā)生地點離電源不遠而持續(xù)時

2、間又較長時，并列運行的發(fā)電機可能失去同步，破壞系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，造成大面積停電，這是短路最嚴重的后果。 (4) 不對稱短路時,三相不平衡電流會在相鄰的通訊線路感應出電動勢,影響通訊,三、短路的危害,四、計算短路電流的目的,短路電流計算結果 是選擇電氣設備（斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等）的依據； 是電力系統(tǒng)繼電保護設計和整定的基礎； 是比較和選擇發(fā)電廠和電力系統(tǒng)電氣主接線圖的依據，根據它可以確定限制短路電流的措施,一、三相短路的暫態(tài)過程,第二節(jié) 三相對稱短路,圖5-1 簡單三相電路短路,圖5-2 非周期分量有最大可能值時的短路電流波形圖,對稱穩(wěn)態(tài)運行時，電樞磁勢的大小不隨時間而變化，在空間

3、以同步速度旋轉，它同轉子沒有相對運動，因此不會在轉子繞組中感應電流。 突然短路時，定子電流在數(shù)值上發(fā)生急劇變化，電樞反應磁通也隨著變化，并在轉子繞組中感應電流，這種電流又反過來影響定子電流的變化。這種定子和轉子繞組電流的互相影響就是突然短路暫態(tài)過程的特點,二 同步電機的三相短路,1 、突然短路暫態(tài)過程的特點,2、無阻尼繞組同步電機突然三相短路的物理分析,圖5-3 無阻尼繞組同步發(fā)電機正常穩(wěn)態(tài)運行 時磁鏈分解示意圖,a) (b,1）、 超導體閉合回路磁鏈守恒原則 （1）超導體：電阻為零的導體。 （2）超導體磁鏈守恒原則：超導體回路能永久維持磁鏈不變。 （3）超導體磁鏈守恒原則的數(shù)學描述： 若回路

4、為超導體，則R=0，便有 （4）同步電機的各種繞組的電阻相對電抗來說很小，在分析時假定電阻為零，即作為超導體閉合回路來分析,短路瞬間，外接阻抗減小,產生定子基頻電流增量,電樞反應增強， 轉子磁鏈減小,為保持磁鏈守恒，轉子中產生自由直流分量,定子繞組產生自由基頻電流分量,電樞反應增強， 定子磁鏈增大,定子直流分量,恒定直流,倍頻分量,轉子基頻分量,產生的脈動磁鏈分解為正反兩個方向以同步速旋轉的磁鏈,3、同步發(fā)電機的暫態(tài)參數(shù),突然短路時，電樞繞組回路電流不能突變，因而在繞組中產生電流的周期分量和非周期分量及對應的直軸電樞反應磁通ad。 ad會在勵磁繞組和阻尼繞組中產生感應電動勢和電流，以產生相應的

5、磁通抵制ad的穿過，相當于ad被擠出。 此時ad的磁阻比穩(wěn)態(tài)時大的多，相應的直軸次暫態(tài)電抗xd”比直軸同步電抗xd小的多,1) 次暫態(tài)電抗xd,2) 暫態(tài)電抗xd,感應電流分量隨時間衰減。阻尼繞組感應電流很快衰減到零，勵磁繞組感應電流衰減很慢。 此時，電樞反應磁通ad可穿過阻尼繞組，但仍被排擠在勵磁繞組外側，對應的直軸暫態(tài)電抗xd xd,同步電機電抗見表8.2,1）電勢都同相位：短路過程中各發(fā)電機之間不發(fā)生搖擺，并認為所有發(fā)電機的電勢都同相位,三、 電力系統(tǒng)三相短路的實用計算,1、三相短路實用計算的基本假設,2）對稱三相系統(tǒng)：除不對稱故障處出現(xiàn)局部的不對稱以外，實際的電力系統(tǒng)通常都當做是對稱的

6、,3）金屬性短路:短路處相與相（或地）的接觸往往經過一定的電阻（如外物電阻、電弧電阻、接觸電阻等），這種電阻通常稱為“過渡電阻”。所謂金屬性短路，就是不計過渡電阻的影響，即認為過渡電阻等于零的短路情況,2、起始次暫態(tài)電流和沖擊電流的實用計算,1). 起始次暫態(tài)電流的計算,起始次暫態(tài)電流：短路電流周期分量（基頻分量）的初值。 靜止元件的次暫態(tài)參數(shù)與穩(wěn)態(tài)參數(shù)相同,實用計算,不計負載影響,發(fā)電機：用次暫態(tài)電勢 和次暫態(tài)電抗 表示,異步電動機,圖5-5 異步電機簡化相量圖,近似計算,綜合負荷,輸電線路和變壓器：次暫態(tài)參數(shù)與其穩(wěn) 態(tài)參數(shù)相同,用次暫態(tài)參數(shù)表示的等值電路及次暫態(tài)電流計算,2). 沖擊電流的

7、計算,異步電機的提供的沖擊電流,沖擊電流,對小容量電機和綜合負荷,容量為200500kW的異步電機,容量為1000kW以上的異步電機,3、短路電流計算曲線及其應用,作用：求任意時刻t的短路電流周期分量,1)計算曲線的概念,2 ) 計算曲線的應用,電源合并的原則：把短路電流變化規(guī)律大體相同的發(fā)電機合并起來,3)遠離短路點的同類型發(fā)電廠合并,4)無限大功率電源（如果有的話）合并成一組,1)與短路點電氣距離相差不大的同類型發(fā) 電機合并,2)直接接于短路點的發(fā)電機（或發(fā)電廠） 單獨考慮,應用計算曲線法的步驟 （1）繪制等值網絡； （2）求轉移電抗：Xif(i=1,2,g) 、Xsf； （3）求計算電抗

8、,4）查表： Ipt1*，Ipt2*，Iptg*,5）無限大功率電源供給的短路周期電流,第i臺等值發(fā)電機提供的短路電流為,無限大功率電源提供的短路電流為,短路點周期電流的有名值為,6)計算短路電流周期分量的有名值,4、短路電流周期分量的近似計算,基本思想,假定電源為恒定電勢源，周期分量的幅值不隨時間而變化,4）電流有名值,5）功率的有名值,電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算,對稱分量法 對稱分量法在不對稱故障分析計算中的應用 電力系統(tǒng)元件序參數(shù)及系統(tǒng)的序網圖 簡單不對稱故障的分析計算,1、什么是對稱分量法？ 2、為什么要引入對稱分量法,分析過程是什么,1、各元件的序參數(shù)是怎樣的？ 2、如何繪制電

9、力系統(tǒng)的序網圖,如何利用對稱分量法對簡單不對稱故障進行分析與計算,一、對稱分量法,對稱分量法即將一組不對稱三相系統(tǒng)分解為正 序、負序、零序三相對稱的三相系統(tǒng),數(shù)學表達式為,正序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運行相序相同。 負序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運行相序相反。 零序分量：三相量大小相等，相位一致,逆時針旋轉1200,三相量用三序量表示 三序量用三相量表示,零序電流必須以中性線為通路,二、對稱分量法在不對稱故障分析中的應用,在一個三相對稱的元件中（例如線路、變壓器和發(fā)電機）， 如果流過三相正序電流,則在元件上的三相電壓降也是正序的;負序零序同理,對于

10、三相對稱的元件,各序分量是獨立的,即正序電壓只與正序電流有關,負序零序也是如此,以一回三相對稱的線路為例說明,設該線路每相的自感阻抗為,相間的互感阻抗為,三相電壓降與三相電流有如下關系,可簡寫為,則,即,式中,稱為序阻抗矩陣,即,式中,分別稱為此線路的正序、負序、零序阻抗,由此可知：各序電壓降與各序電流成線性關系,電壓、電流、阻抗是可以分別解耦為正序、 負序和零序的,一臺發(fā)電機接于空載線路，發(fā)電機中性點經阻抗Zn接地。 a相發(fā)生單相接地,a相接地的模擬,將不對稱部分用三序分量表示,應用疊加原理進行分解,正序網,負序網,零序網,三、電力系統(tǒng)各序網絡,靜止元件：正序阻抗等于負序阻抗旋轉元件：各序阻

11、抗均不相同。如：發(fā)電機、電動機等元件。 ，不等于零序阻抗。如：變壓器、輸電線路等,1.各元件的序阻抗,一,輸電線路的序阻抗,正序,負序=正序,零序（34）倍正序電抗,二,發(fā)電機的序阻抗,實用計算中發(fā)電機負序電抗計算 有阻尼繞組 無阻尼繞組 發(fā)電機負序電抗近似估算值 有阻尼繞組 無阻尼繞組 無確切數(shù)值，可取典型值，表8-4,同步發(fā)電機的零序電抗,三相零序電流在氣隙中產生的合成磁勢為零，因此其零序電抗僅由定子線圈的漏磁通確定。 同步發(fā)電機零序電抗在數(shù)值上相差很大（繞組結構形式不同）： 零序電抗典型值表8-4,三,異步電動機和綜合負荷的序阻抗,異步電機和綜合負荷的正序阻抗： Z1=0.8+j0.6或

12、X1=1.2； 異步電機負序阻抗：X2=0.2； 綜合負荷負序阻抗：X2=0.35； 異步電機和綜合負荷的零序電抗：X0,四,變壓器的序阻抗,正序阻抗,負序阻抗等于正序阻抗,零序參數(shù)和等值電路有關,1.雙繞組變壓器,2三繞組變壓器,由此可以總結出,1）當外電路施加零序電壓，如果能在該側產生零序電 流，變壓器與外電路接通，否則斷開,2）二次零序電勢若能施加到外電路，并能提供零序電 流通路,變壓器于外電路接通，否則斷開,3）通路取決于外電路是否有接地中性點,4）若三個單相變壓器組成一個三相變壓器,若三相五柱式,三相三柱式,2.序網絡的構成,作出如下系統(tǒng)的序網,正序網,負序網,零序網,作圖規(guī)則總結,1）電源只在正序網絡中,2）中性點接地阻抗只在零序網絡中作用,3）零序網絡從故障點