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(duì)于中性點(diǎn)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(hào),一、短路的類型,絕緣材料的自然老化，設(shè)計(jì)、安裝及維護(hù)不良所帶來(lái)的設(shè)備缺陷發(fā)展成短路。 惡劣天氣：雷擊造成的閃絡(luò)放電或避雷器動(dòng)作，架空線路由于大風(fēng)或?qū)Ь€覆冰引起電桿倒塌等。 人為誤操作，如運(yùn)行人員帶負(fù)荷拉刀閘，線路或設(shè)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(yīng); 電動(dòng)力效應(yīng) (2)電壓大幅度下降，對(duì)用戶影響很大。 (3)當(dāng)短路發(fā)生地點(diǎn)離電源不遠(yuǎn)而持續(xù)時(shí)

2、間又較長(zhǎng)時(shí)，并列運(yùn)行的發(fā)電機(jī)可能失去同步，破壞系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，造成大面積停電，這是短路最嚴(yán)重的后果。 (4) 不對(duì)稱短路時(shí),三相不平衡電流會(huì)在相鄰的通訊線路感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì),影響通訊,三、短路的危害,四、計(jì)算短路電流的目的,短路電流計(jì)算結(jié)果 是選擇電氣設(shè)備（斷路器、互感器、瓷瓶、母線、電纜等）的依據(jù)； 是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和整定的基礎(chǔ)； 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(jù)，根據(jù)它可以確定限制短路電流的措施,一、三相短路的暫態(tài)過(guò)程,第二節(jié) 三相對(duì)稱短路,圖5-1 簡(jiǎn)單三相電路短路,圖5-2 非周期分量有最大可能值時(shí)的短路電流波形圖,對(duì)稱穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電樞磁勢(shì)的大小不隨時(shí)間而變化，在空間

3、以同步速度旋轉(zhuǎn)，它同轉(zhuǎn)子沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此不會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流。 突然短路時(shí)，定子電流在數(shù)值上發(fā)生急劇變化，電樞反應(yīng)磁通也隨著變化，并在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流，這種電流又反過(guò)來(lái)影響定子電流的變化。這種定子和轉(zhuǎn)子繞組電流的互相影響就是突然短路暫態(tài)過(guò)程的特點(diǎn),二 同步電機(jī)的三相短路,1 、突然短路暫態(tài)過(guò)程的特點(diǎn),2、無(wú)阻尼繞組同步電機(jī)突然三相短路的物理分析,圖5-3 無(wú)阻尼繞組同步發(fā)電機(jī)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 時(shí)磁鏈分解示意圖,a) (b,1）、 超導(dǎo)體閉合回路磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t （1）超導(dǎo)體：電阻為零的導(dǎo)體。 （2）超導(dǎo)體磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t：超導(dǎo)體回路能永久維持磁鏈不變。 （3）超導(dǎo)體磁鏈?zhǔn)睾阍瓌t的數(shù)學(xué)描述： 若回路

4、為超導(dǎo)體，則R=0，便有 （4）同步電機(jī)的各種繞組的電阻相對(duì)電抗來(lái)說(shuō)很小，在分析時(shí)假定電阻為零，即作為超導(dǎo)體閉合回路來(lái)分析,短路瞬間，外接阻抗減小,產(chǎn)生定子基頻電流增量,電樞反應(yīng)增強(qiáng)， 轉(zhuǎn)子磁鏈減小,為保持磁鏈?zhǔn)睾?，轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生自由直流分量,定子繞組產(chǎn)生自由基頻電流分量,電樞反應(yīng)增強(qiáng)， 定子磁鏈增大,定子直流分量,恒定直流,倍頻分量,轉(zhuǎn)子基頻分量,產(chǎn)生的脈動(dòng)磁鏈分解為正反兩個(gè)方向以同步速旋轉(zhuǎn)的磁鏈,3、同步發(fā)電機(jī)的暫態(tài)參數(shù),突然短路時(shí)，電樞繞組回路電流不能突變，因而在繞組中產(chǎn)生電流的周期分量和非周期分量及對(duì)應(yīng)的直軸電樞反應(yīng)磁通ad。 ad會(huì)在勵(lì)磁繞組和阻尼繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，以產(chǎn)生相應(yīng)的

5、磁通抵制ad的穿過(guò)，相當(dāng)于ad被擠出。 此時(shí)ad的磁阻比穩(wěn)態(tài)時(shí)大的多，相應(yīng)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(yīng)電流分量隨時(shí)間衰減。阻尼繞組感應(yīng)電流很快衰減到零，勵(lì)磁繞組感應(yīng)電流衰減很慢。 此時(shí)，電樞反應(yīng)磁通ad可穿過(guò)阻尼繞組，但仍被排擠在勵(lì)磁繞組外側(cè)，對(duì)應(yīng)的直軸暫態(tài)電抗xd xd,同步電機(jī)電抗見表8.2,1）電勢(shì)都同相位：短路過(guò)程中各發(fā)電機(jī)之間不發(fā)生搖擺，并認(rèn)為所有發(fā)電機(jī)的電勢(shì)都同相位,三、 電力系統(tǒng)三相短路的實(shí)用計(jì)算,1、三相短路實(shí)用計(jì)算的基本假設(shè),2）對(duì)稱三相系統(tǒng)：除不對(duì)稱故障處出現(xiàn)局部的不對(duì)稱以外，實(shí)際的電力系統(tǒng)通常都當(dāng)做是對(duì)稱的

6、,3）金屬性短路:短路處相與相（或地）的接觸往往經(jīng)過(guò)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(guò)渡電阻”。所謂金屬性短路，就是不計(jì)過(guò)渡電阻的影響，即認(rèn)為過(guò)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(shí)用計(jì)算,1). 起始次暫態(tài)電流的計(jì)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(shí)用計(jì)算,不計(jì)負(fù)載影響,發(fā)電機(jī)：用次暫態(tài)電勢(shì) 和次暫態(tài)電抗 表示,異步電動(dòng)機(jī),圖5-5 異步電機(jī)簡(jiǎn)化相量圖,近似計(jì)算,綜合負(fù)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(jì)算,2). 沖擊電流的

7、計(jì)算,異步電機(jī)的提供的沖擊電流,沖擊電流,對(duì)小容量電機(jī)和綜合負(fù)荷,容量為200500kW的異步電機(jī),容量為1000kW以上的異步電機(jī),3、短路電流計(jì)算曲線及其應(yīng)用,作用：求任意時(shí)刻t的短路電流周期分量,1)計(jì)算曲線的概念,2 ) 計(jì)算曲線的應(yīng)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(jī)合并起來(lái),3)遠(yuǎn)離短路點(diǎn)的同類型發(fā)電廠合并,4)無(wú)限大功率電源（如果有的話）合并成一組,1)與短路點(diǎn)電氣距離相差不大的同類型發(fā) 電機(jī)合并,2)直接接于短路點(diǎn)的發(fā)電機(jī)（或發(fā)電廠） 單獨(dú)考慮,應(yīng)用計(jì)算曲線法的步驟 （1）繪制等值網(wǎng)絡(luò)； （2）求轉(zhuǎn)移電抗：Xif(i=1,2,g) 、Xsf； （3）求計(jì)算電抗

8、,4）查表： Ipt1*，Ipt2*，Iptg*,5）無(wú)限大功率電源供給的短路周期電流,第i臺(tái)等值發(fā)電機(jī)提供的短路電流為,無(wú)限大功率電源提供的短路電流為,短路點(diǎn)周期電流的有名值為,6)計(jì)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(jì)算,基本思想,假定電源為恒定電勢(shì)源，周期分量的幅值不隨時(shí)間而變化,4）電流有名值,5）功率的有名值,電力系統(tǒng)簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障的分析計(jì)算,對(duì)稱分量法 對(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析計(jì)算中的應(yīng)用 電力系統(tǒng)元件序參數(shù)及系統(tǒng)的序網(wǎng)圖 簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障的分析計(jì)算,1、什么是對(duì)稱分量法？ 2、為什么要引入對(duì)稱分量法,分析過(guò)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(wǎng)圖,如何利用對(duì)稱分量法對(duì)簡(jiǎn)單不對(duì)稱故障進(jìn)行分析與計(jì)算,一、對(duì)稱分量法,對(duì)稱分量法即將一組不對(duì)稱三相系統(tǒng)分解為正 序、負(fù)序、零序三相對(duì)稱的三相系統(tǒng),數(shù)學(xué)表達(dá)式為,正序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運(yùn)行相序相同。 負(fù)序分量：三相量大小相等，互差1200，且與系統(tǒng)正常運(yùn)行相序相反。 零序分量：三相量大小相等，相位一致,逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)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(duì)稱分量法在不對(duì)稱故障分析中的應(yīng)用,在一個(gè)三相對(duì)稱的元件中（例如線路、變壓器和發(fā)電機(jī)）， 如果流過(guò)三相正序電流,則在元件上的三相電壓降也是正序的;負(fù)序零序同理,對(duì)于

10、三相對(duì)稱的元件,各序分量是獨(dú)立的,即正序電壓只與正序電流有關(guān),負(fù)序零序也是如此,以一回三相對(duì)稱的線路為例說(shuō)明,設(shè)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(guān)系,可簡(jiǎn)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(fù)序、零序阻抗,由此可知：各序電壓降與各序電流成線性關(guān)系,電壓、電流、阻抗是可以分別解耦為正序、 負(fù)序和零序的,一臺(tái)發(fā)電機(jī)接于空載線路，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)阻抗Zn接地。 a相發(fā)生單相接地,a相接地的模擬,將不對(duì)稱部分用三序分量表示,應(yīng)用疊加原理進(jìn)行分解,正序網(wǎng),負(fù)序網(wǎng),零序網(wǎng),三、電力系統(tǒng)各序網(wǎng)絡(luò),靜止元件：正序阻抗等于負(fù)序阻抗旋轉(zhuǎn)元件：各序阻

11、抗均不相同。如：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)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(fù)序=正序,零序（34）倍正序電抗,二,發(fā)電機(jī)的序阻抗,實(shí)用計(jì)算中發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗計(jì)算 有阻尼繞組 無(wú)阻尼繞組 發(fā)電機(jī)負(fù)序電抗近似估算值 有阻尼繞組 無(wú)阻尼繞組 無(wú)確切數(shù)值，可取典型值，表8-4,同步發(fā)電機(jī)的零序電抗,三相零序電流在氣隙中產(chǎn)生的合成磁勢(shì)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(jī)零序電抗在數(shù)值上相差很大（繞組結(jié)構(gòu)形式不同）： 零序電抗典型值表8-4,三,異步電動(dòng)機(jī)和綜合負(fù)荷的序阻抗,異步電機(jī)和綜合負(fù)荷的正序阻抗： Z1=0.8+j0.6或

12、X1=1.2； 異步電機(jī)負(fù)序阻抗：X2=0.2； 綜合負(fù)荷負(fù)序阻抗：X2=0.35； 異步電機(jī)和綜合負(fù)荷的零序電抗：X0,四,變壓器的序阻抗,正序阻抗,負(fù)序阻抗等于正序阻抗,零序參數(shù)和等值電路有關(guān),1.雙繞組變壓器,2三繞組變壓器,由此可以總結(jié)出,1）當(dāng)外電路施加零序電壓，如果能在該側(cè)產(chǎn)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(shì)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(diǎn),4）若三個(gè)單相變壓器組成一個(gè)三相變壓器,若三相五柱式,三相三柱式,2.序網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成,作出如下系統(tǒng)的序網(wǎng),正序網(wǎng),負(fù)序網(wǎng),零序網(wǎng),作圖規(guī)則總結(jié),1）電源只在正序網(wǎng)絡(luò)中,2）中性點(diǎn)接地阻抗只在零序網(wǎng)絡(luò)中作用,3）零序網(wǎng)絡(luò)從故障點(diǎn)