電力系統(tǒng)分析基礎1PPT課件

1、電力系統(tǒng)故障分析的主要內容本部分內容簡介介紹故障類型、產生原因及危害在電專業(yè)課中電力系統(tǒng)故障分析三相短路電流分析與計算無限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路過渡過程分析三相短路的實用計算方法同步發(fā)電機突然三相短路分析電力系統(tǒng)三相短路的實用計算對稱分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路不對稱故障的分析與計算復故障的分析與計算對稱分量法及電力系統(tǒng)元件的各序參數(shù)和等值電路不對稱故障的分析與計算第1頁/共45頁一、短路的類型：大多數(shù)故障是短路故障短路是指：正常運行情況以外的相與相或相與地之間的連接短路類型短路類型示意圖示意圖符號符號發(fā)生的機率發(fā)生的機率三相短路三相短路d(3)5%二相短路二相短路d(2)10

2、%二相接地短路二相接地短路d(1,1)20%單相接地短路單相接地短路d(1)65%對稱不對稱第一節(jié) 概述第一章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識第2頁/共45頁二、產生的原因絕緣被破壞過電壓、雷擊絕緣老化、污染設計、安裝、維護不當，人為因素風、雪、鳥、獸等三、產生的危害引起發(fā)熱：1020倍額定電流，達幾萬甚至幾十萬安引起電動力效應：傳導體變形甚至損壞機械穩(wěn)定性引起網絡中電壓降落使穩(wěn)定性遭到破壞短路可能干擾通信系統(tǒng)三、措施限制短路電流（加電抗器）繼電保護快切結線方式設備選擇第3頁/共45頁第4頁/共45頁第5頁/共45頁第6頁/共45頁第二節(jié) 無限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路過渡過程分析一、暫態(tài)過程分析

3、無限大電源恒壓源（內阻=0）短路不影響電源的U，f（Z=0，U=C，S=）實際內阻短路回路總阻抗10%，即無限個有限源組成RLRLUaRLRLUbRLRLUcd(3)三相短路是對稱故障，可用一相分析第7頁/共45頁短路前UZZURLRLid短路后RR) LL(tg) LL() RR(UI)tsin(Ii)tsin(Uu122mmmm )tsin(UdtdiLRimdd 一階常系數(shù)線性微分方程R/LTiiAe)t(sinIiadfdzT/ tddzmda idz周期分量（強制分量）Idf非周期分量（自由分量）第8頁/共45頁如何確定A（楞次定律）Idf非周期分量出現(xiàn)的物理原因是：電感中電流不能突

4、變 A)sin(Ii0tsinIi0tddzm0m0 時時時時 )sin(IsinIAttddzmm00 第9頁/共45頁短路全電流二、產生最大短路全電流的條件穩(wěn)態(tài)分量取決于短路后的電路暫態(tài)分量和短路時刻、短路前運行狀態(tài)及回路阻抗有關要使短路全電流最大使暫態(tài)分量最大（無載，一相過零）短路前電路為空載：Im=00d90 電壓“合閘相角”=0d=/2，純電感電路第10頁/共45頁三、短路沖擊電流ich和沖擊系數(shù)kchid的最大瞬時值短路沖擊電流ich 出現(xiàn)在t=T/2時dzchdzmTTdzmdzmchIkIeeIIiaa2)1 (01. 001. 0 kch與R，X的大小有關：R=0時， kch

5、=2； L=0時， kch=11 kch 2發(fā)電機母線時kch=1.9， ich =2.7 Idz高壓電網時kch=1.8， ich =2.55 Idz ich用于校驗電氣設備和載流導體的電動力穩(wěn)定性第11頁/共45頁四、短路全電流最大有效值Ich 假設idf的數(shù)值在第一個周波內是恒定不變的，t=T/2時值 T02dfdzT02dchdtiiT1dtiT1I1 kch 2發(fā)電機母線時kch=1.9， Ich =1.62 Idz高壓電網時kch=1.8， Ich =1.52 Idz 不管求ich還是求Ich，只須求得Idz，而求Idz的關鍵是求由電源開始到短路點的總阻抗Zd22201. 0212

6、112122chdzchdzmTdzmdzmchkIkIeIIIa dpjd2d2ddZ3UIXRZ第12頁/共45頁第三節(jié) 短路回路總阻抗求取一、計算短路電流的基本假設1、以電網的平均電壓取代元件的額定電壓同一電壓級中各元件的額定電壓可能不一樣線路首端，升壓變壓器二次側高出10%線路末端，降壓變壓器一次側=UB發(fā)電機高出5%簡化計算同一電壓級中各元件的額定電壓相同，數(shù)值上=平均電壓，Upj=(1.1UB+UB)/2=1.05UB2、高壓電網只計及電抗,當Rd Xd/3時,忽略Rd%15X3UIdpjd計算誤差不超過計算誤差不超過故故 第13頁/共45頁二、各元件統(tǒng)一基準值電抗標幺值計算SSU

7、UXUSZXUSZXNjjN2N*2jjjj*2NNNN*XXXX 在第二章中，將額定值下的標幺值歸算到統(tǒng)一基準值下的標幺值在短路計算中，一般采用近似計算法，認為額定電壓UN =平均電壓Upj ，基準電壓Uj =UpjSSXXNjN*j* 1、同步發(fā)電機SSGNj N*d j*dXX 2、變壓器SSUSSUTNjkTNjN*Tj*TkN*T100%XX100%X 100100100%XXUSUXI3UN*TT2NTNNTNk 第14頁/共45頁3、線路US2jj1j*LLxX 4、電抗器USIUXX2jjNNRj*RRN*R3100%X100%X I3UXXUXI3XNNRRNRNR100%1

8、00% 注意：沒讓UN=Uj是因為電抗器有時不按額定電壓使用第15頁/共45頁三、具有變壓器的多電壓級網絡標幺值等值電路的建立(近似法)1、發(fā)電機T1T2 x4x2x3x5T3 x6x1GU1U2U3U4x1*jx2*jx3*jx4*jx5*jx6*j采用平均電壓后簡化計算,無需考慮變壓器變比歸算取U4為基本級SUGN21 N*d1xx 有名值有名值2342312GN21 N*d1UUUUUUSUxx 歸算到基本級歸算到基本級第16頁/共45頁2、變壓器SSUSUUUUUUSUUSGNj N*d24j2342312GN21 N*d24j1j*1xxxx 統(tǒng)一基準值統(tǒng)一基準值SSUSSUN3Tj

9、3kj*63NTj2kj*42100%x：T100%x：T2 同理同理3、輸電線USUSUU23j524j2345j*5xxx： 段段SSUUSUUUUSUUxNTj1k24j23423NT221kj*2111100%100%：T USUSUUUU22j324j234233j*3xxx： 段段第17頁/共45頁四、短路回路總電抗標幺值Xd計算1、繪制計算電路圖用單相節(jié)線圖表示計算電路圖標明各元件額定參數(shù)各元件均按順序編號1234566.3KV37KV0.4/km15km27.5MVAUk%=7.5215MVA6KV400AXR%=4125. 0 x N*d )3(1d)3(2d第18頁/共45

10、頁2、短路計算點和系統(tǒng)運行方式確定短路點按選擇電氣設備整定繼電保護高、低壓母線電氣設備接線端處運行方式最大：選擇電氣設備最?。盒ｒ灷^電保護并列運行處理電源按最大容量處理單列運行處理83.015100125.0 xSSXXGNj N*d*2*1 872.01004.03610043100%3.6USIUXX22jjNNR*3 15.71001005.7100%SSUXXNTj2k*5*4 44.0100154.037USXX222j6*6 第19頁/共45頁3、繪制等值電路圖對應每一個短路點作出一個等值電路圖任一短路點對應等值電路中，只要求表示該點短路時，短 路電流通過的元件電抗分子為順序號，分

11、母為該元件的電抗標幺值83. 0183. 0283. 03d)3(1G1G283. 0183. 0244. 06d)3(2G1G21415第20頁/共45頁4、等值電路圖歸并與簡化串聯(lián)XXi 并聯(lián)XXi11 Yx12x23x13x1x2x3123XXXXXXXXXXXXXXXXXX132312231331323122312213231212131 XXXXXXXXXXXXXXXXXX231311313232233212112 第21頁/共45頁利用網絡的對稱性對稱性網絡的結構相同電源一樣電抗參數(shù)相等短路電流流向一致)3(dd)3(例：d1，d2發(fā)生短路時，計算短路回路的總電抗標幺值83. 01

12、83. 02872. 03d)3(1G1G2d)3(1872. 03415. 07G d)3(1287. 18G 第22頁/共45頁d)3(14 . 19G d)3(283. 0183. 0215G1G21444. 06d)3(15 . 08415. 07G 44. 06第23頁/共45頁第四節(jié) 無限大容量電源供電系統(tǒng)三相短路電流計算一、基本概念1.那種故障短路電流最大中性點接地：三相或單相中性點不接地：三相2.短路電流計算值I 次暫態(tài)短路電流：周期分量起始(t=0)的有效值用途：保護整定計算及校驗斷路器的額定斷流容量Ich短路全電流的最大有效值用途：校驗電氣設備的動穩(wěn)定和斷路器的額定斷流量i

13、ch三相短路沖擊電流用途：校驗電氣設備的動穩(wěn)定I 三相短路電流穩(wěn)態(tài)有效值用途：校驗電氣設備和載流體的熱穩(wěn)定性Idf經0.2s衰減完畢,II2 . 0IIIIdz2 . 0 在無限大容量,第24頁/共45頁二、有名制法適用于: 1KV以下的低壓系統(tǒng)和電壓等級少、接線簡單的高壓系統(tǒng) 短路點所在電壓級作為基本級 各元件的阻抗用變壓器的近似變比歸算到基本級，求出電源至短路點的總阻抗Z 計及電阻時223ddpjdXRUI不計電阻dpjdXUI3 計算沖擊電流、最大有效值、斷路器的短路容量dzchchIki22121chdzchkIIkch=1.8時， Ich =1.52 Idzkch=1.8時， ich

14、 =2.55 IdzdzpjdIUS3第25頁/共45頁三、標幺值法適用于: 多電壓等級、接線復雜的高壓系統(tǒng)取基準值Sj，Upj 計算短路電流周期分量標幺值*133djdjpjjjdpjjdzdXZXUUZUXUIIIpjjjUSI3 計算三相短路容量的標幺值*133dzdzjdzjjdzpjjddXIIIIUIUSSS 計算有名值*djddjdXSSXII第26頁/共45頁四、例題 如圖所示電路發(fā)生三相短路，試分別用有名制法和標幺制法計算Idz、ich、Ich和Sd（Kch=1.8）解：有名制法：取10.5KV電壓級為基本級3115KV1X=02S=100km0.4/km220MVAUk%=

15、10.510.5KVd(3) 334.01155.1040404.0100211XX 579.0205.101005.10100%2232TNNkSUUXX334. 01579. 02579. 03d(3)Upj=10.5KV等值電路第27頁/共45頁標幺制法：取Sj=100MVA,Uj=Upj303.01151001004.0221*1jjUSXX525.0201001005.10100%*3*2TNjkSSUXX303. 01525. 02525. 03d(3)U*=1等值電路回路總阻抗 623. 0289. 0334. 02/21XXXd周期分量有效值KAXUIdpjd73.9623.0

16、35.103沖擊電流KAIidch81.2473. 955. 255. 2全電流最大有效值KAIIdch79.1473. 952. 152. 1MVAIUSdzpjd9 .17673. 95 .1033短路容量第28頁/共45頁回路總阻抗標幺值566. 02/525. 0303. 02/*2*1*XXXd周期分量有效值767. 1566. 011*ddXI沖擊電流KAIidch79.2472. 955. 255. 2全電流最大有效值KAIIdch77.1472. 952. 152. 1MVASISjdzd7 .176100767. 1*短路容量標幺值有名值KAIIIjdd72. 95 .103

17、100767. 1*第29頁/共45頁第二章 電力系統(tǒng)三相短路的實用計算 由于多電源復雜系統(tǒng)中，不能將所有電源均視為無限大功率電源，精確計算出三相短路電流比較困難，故工程上采用一些簡化計算。發(fā)電機參數(shù)用次暫態(tài)參數(shù)表示忽略較小的負荷忽略線路對地電容和變壓器的勵磁支路變壓器的變比用平均電壓之比 短路電流的計算主要是求短路電流周期分量的起始值，即次暫態(tài)電流 I 計算方法主要有等值法疊加原理法運算曲線法轉移阻抗法高壓電網忽略電阻的影響第30頁/共45頁第一節(jié) 交流電流初始值計算一、簡單系統(tǒng) 計算等值法I 1)計算故障前正常運行時的潮流分布。首先求得各發(fā)電機（包括短路點附近得大型電動機）的端電壓和定子電

18、流，然后計算它們的次暫態(tài)電動勢。XIUEj對于發(fā)電機對于發(fā)電機XIUEj對于電動機對于電動機進一部簡化計算時可認為：1E2)以短路點為中心，將網絡化簡為用等值電動勢和等值電抗表示的等值電路，由此求出起始暫態(tài)電流。E/jX/K）（3I/XEIj/第31頁/共45頁二、多電源系統(tǒng)系統(tǒng) 計算疊加原理法I GMK）（3（a）EG/EM/Uk）（0Uk）（0j0.2j0.1j0.2k(b)EG/EM/Uk）（0j0.2j0.1j0.2k(c)IG)0(IM)0(Uk）（0j0.2j0.1j0.2k(d)IG/IM/ 圖(a)所示系統(tǒng)K 點發(fā)生短路時，短路點電壓為零，可等值為圖(b)。利用疊加原理可將圖(

19、b)分解為：正常運行等值電路(c) 故障分量等值電路(d)，分別求解可得最終結果。第32頁/共45頁1)由正常運行等值電路(c) ，求出網絡中各節(jié)點的正常電壓和各支路的正常電流，如：利用疊加原理的解題步驟：IIUMGk)0()0()0(、2)由故障分量等值電路(d) ，求出網絡中各節(jié)點電壓變化量和各支路電流的變化量，如：IIUUMGkk/)0(、3)將正常和故障分量相疊加，可得故障后各節(jié)點電壓和各支路電流，如：IIIIIIIIUUMMMGGGKKkk/)0(/)0(/)0(0；例題P72例32習題1第33頁/共45頁第二節(jié) 應用運算曲線求任意時刻短路點的短路電流一、運算曲線的制定 由于計算任意

20、時刻的短路電流，涉及到不同時段的時間常數(shù)和電抗值及指數(shù)運算，因此工程上一般采用運算曲線來計算。/qETjXK）（3*ILjX/djX發(fā)電機計算電抗：/jsdTLXXXX（注意：發(fā)電機額定值下的標么值） 改變XL的值，得到不同的I*(t),對于不同的時刻t，以計算電抗Xjs為橫坐標，I*為縱坐標，所得的點連成運算曲線。 不同的發(fā)電機參數(shù)不同,運算曲線是不同的(見附錄C,P247)第34頁/共45頁第35頁/共45頁二、應用運算曲線計算短路電流的方法1、計算步驟1)網絡化簡，得到各電源對短路點得轉移阻抗Xif。2)將各電源對短路點得轉移阻抗Xif歸算到各發(fā)電機額定參數(shù)下得計算電抗Xjsi。 Xjs

21、i XifSNi/SB3)查曲線，得到以發(fā)電機額定功率為基準值得各電源送至短路點電流得標么值4)求得各電流得有名值之和，即為短路點得短路電流。第36頁/共45頁2、計算的簡化把短路電流變化規(guī)律大體相同的發(fā)電機合并成等值機。一般將接在同一母線（非短路點）上的發(fā)電機合并。例題P80例34第37頁/共45頁第三節(jié) 轉移阻抗及其求法轉移阻抗Zif的定義：任一復雜網絡，經網絡化簡消去了除電源電勢和短路點以外的所有中間節(jié)點，最后得到的各電源與短路點之間的直接聯(lián)系阻抗為轉移阻抗。1212.ifffifEEEIZZZ轉移阻抗Zif的物理意義：除Ei外，其余電動勢均為零（短路接地），則Ei與此時f點電流之比值即

22、為電源i與短路點f之間的轉移阻抗。1、網絡化簡法 消去了除電源電勢和短路點以外的所有中間節(jié)點，最后得到的各電源與短路點之間的直接聯(lián)系阻抗為轉移阻抗第38頁/共45頁2、單位電流法對輻射形網絡，用該方法最好K）（3x1x5x2x3x4E1E2E3x1x5x2x3x4EfI1I2I4I3IfbaIIIxxxUIxxIUbb2142122111；IIIxUIxIUUfaba433344；xIUEfaa5EIExfff11IExff22IExff33第39頁/共45頁第四節(jié) 計算機計算復雜系統(tǒng)短路電流交流分量初值的原理數(shù)學模型網絡的線性代數(shù)方程（網絡節(jié)點方程）一、等值網絡第40頁/共45頁二、用節(jié)點阻抗矩陣的計算方法抗抗節(jié)點看進網絡的等值阻節(jié)點看進網絡的等值阻）從）從，（自阻抗自阻抗i0ijIIUZ：jiiiiIIIIUUUUnjinji1nnnjnin1jn