電力系統(tǒng)分析第10章PPT課件

1、10.1 10.1 對稱分量法電力系統(tǒng)在正常運行時是三相對稱的。當系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時，電源電勢及其阻抗仍然對稱，但是在故障點處，三相阻抗將不對稱。通常采用故障分量法對此類電路進行分析。對稱分量法：就是將一組不對稱的三相相量分解為三組對稱的三相相量，或者將三組對稱的三相相量合成為一組不對稱的三相相量的方法。第1頁/共54頁 圖中相量 、 、 幅值相等，相位彼此互差 ，且a a超前b b，b b超前c c，稱為正序分量1201aF1bF1cF 圖中相量 、 、 幅值和相位均相同，稱為零序分量， 0aF0bF0cF 圖中相量 、 、 幅值相等，相位關系與正序相反，稱為負序分量2aF2bF2cF第2

2、頁/共54頁021021021ccccbbbbaaaaFFFFFFFFFFFF（10.1）aFbFcF 將三組對稱的各序相量進行合成，得到一組不對稱的相量第3頁/共54頁由電路知識可知：2402b111120111120b22224022220001201322jaajcaajaajcaaabcjFeFa FFeFaFFeFaFFeFa FFFFaej 第4頁/共54頁將一組不對稱相量用a a相的各序分量表示： 0212211111aaacbaFFFaaaaFFF （10.310.3） spT TF FF F簡寫為：psF FT TF F1簡寫為：其逆關系為其逆關系為 ：cbaaaaFFFaa

3、aaFFF111113122021（10.410.4）說明：一組不對稱相量可以分解為三組對稱相量或可以說明：一組不對稱相量可以分解為三組對稱相量或可以 由三組對稱相量合成為一組不對稱相量。由三組對稱相量合成為一組不對稱相量。第5頁/共54頁對稱分量法的實質是疊加原理在電力系統(tǒng)中的應用。只適用于線性系統(tǒng)的分析。例10.1 三相負載角接，若c相斷開，流過a、b端線的電流為10A。以a端線電流為參考相量，計算線電流的各對稱分量。第6頁/共54頁 當電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，可以應用對稱分量法，將出現(xiàn)不對稱電流和電壓的原網絡分解為正、負、零序三個對稱序網絡，任一元件上流過的三個對稱電流分量或任一節(jié)點的

4、三個對稱電壓分量的相量之和，等于對應原網絡中同一元件上流過的電流相量或同一節(jié)點的電壓相量。aa1a2a0aa1a2a0=+=+IIIIUUUU第7頁/共54頁對于三相對稱的元件，各序分量是獨立的，即正序電壓只與正序電流有關，如果該元件流過三相正序電流，則元件上的三相電壓降也是正序的。設輸電線路末端發(fā)生了不對稱短路，由于三相輸電線是對稱元件，每相自阻抗相等，為Z ZS S；任意兩相間的互阻抗設為Z Zm m。線路上流過三相不對稱的電流，則三相電壓降也是不對稱的。10.2 10.2 對稱分量法在不對稱故障分析中的應用 ababaaSmmbmSmbmmsccccUIZZZUZZZIZZZUIUZI第

5、8頁/共54頁Z1、Z2、Z0分別稱為線路的正序、負序、零序阻抗。 應用對稱分量法：1120120120120120 1201120202smsmsmT UZTIUT ZTIZIZZZZZZZZZZ 第9頁/共54頁 元件的序阻抗，即該元件通過某序電流時，產生相應的序電壓與該序電流的比值。 靜止的元件，如線路、變壓器等，正序和負序阻抗相等； 對于旋轉設備，各序電流會引起不同的電磁過程，三序阻抗總是不相等的。a相電壓降的序分量表示為：相電壓降的序分量表示為：a111a222a000aaaUZ IUZ IUZ I可見，對于三組對稱元件中的不對稱電流電壓的計算，可可見，對于三組對稱元件中的不對稱電流

6、電壓的計算，可以分解成三組對稱的分量，分別進行計算。以分解成三組對稱的分量，分別進行計算。第10頁/共54頁簡單系統(tǒng)中發(fā)生a相短路接地，介紹應用對稱分量法分析短路電流及短路點電壓。第11頁/共54頁 應用對稱分量法將故障處電壓分解為正序、負序、零序三組對稱分量。故障網絡分解故障網絡分解為三個獨立為三個獨立的序網：的序網：正序網正序網負序網負序網零序網零序網第12頁/共54頁正序網：包含發(fā)電機的正序電源電勢和故障點正序電壓分量，網絡中通過正序電流，對應的各元件阻抗皆為正序阻抗；負序網：只有故障點電壓的負序電勢，網絡中通過負序電流，對應的各元件阻抗為負序阻抗。零序網：只有故障點電壓的零序電勢，網絡

7、中通過零序電流，對應的各元件阻抗為零序阻抗。第13頁/共54頁 在正序網絡和負序網絡中，因三相對稱，流過中性線的電流為零，故可將中性點的接地阻抗ZN略去；在零序網絡中，中性線電流為三倍零序電流，故在單相零序網中接入3ZN的接地阻抗。1112220001202120212000000afaf afaf afaf afafafafaf bf af af af cf af af aEUZ IUZIUZIUUUUIa IaIIIaIa II第14頁/共54頁10.3 10.3 同步發(fā)電機的負序和零序電抗在工程計算中，同步發(fā)電機零序電抗的變化范圍為： dxx ）6.015.0(0(10.5)(10.5)

8、如果發(fā)電機中性點不接地，不能構成零序電流的通路，此時其零序電抗為無限大。同步發(fā)電機的負序電抗一般由制造廠提供，也可按下式估算：無阻尼繞組的水輪發(fā)電機：dqdxxxx45.12（10.710.7）dqdxxxx ） 22.11 (22（10.610.6）汽輪發(fā)電機及有阻尼繞組的水輪發(fā)電機：汽輪發(fā)電機及有阻尼繞組的水輪發(fā)電機：第15頁/共54頁10.4 10.4 異步電動機的負序電抗和零序電抗 負序阻抗： （10.810.8） xx 2 零序電抗：零序電抗： 由于異步電動機的三相繞組通常接成三角形由于異步電動機的三相繞組通常接成三角形或不接地的星形，無零序電流的通路，因而零或不接地的星形，無零序電

9、流的通路，因而零序電抗數(shù)值為無限大。序電抗數(shù)值為無限大。第16頁/共54頁10.5 10.5 變壓器的零序電抗 10.5.1 10.5.1 雙繞組變壓器 10.5.2 10.5.2 三繞組變壓器的零序電抗 10.5.3 10.5.3 自耦變壓器的零序電抗 第17頁/共54頁對于靜止元件，二者總是相等的正序電抗：即穩(wěn)態(tài)運行時變壓器的等值電抗負序電抗：其值與正序電抗相等。零序電抗：取決于變壓器三相繞組的接線方式和 變壓器的鐵心結構。第18頁/共54頁10.5.1 10.5.1 雙繞組變壓器 不計繞組電阻和鐵芯損耗，雙繞組變壓器的零序等值電路如圖10.410.4。 其中其中 、 分別為兩側繞組漏抗，

10、分別為兩側繞組漏抗， 為零序勵磁電抗。為零序勵磁電抗。IxIIx0mx 零序電壓施加在變壓器繞組的三角形側或不接地星形側，零序電壓施加在變壓器繞組的三角形側或不接地星形側，無論另一側繞組的接線方式如何，都沒有零序電流，零序無論另一側繞組的接線方式如何，都沒有零序電流，零序電抗為：電抗為： 0 x第19頁/共54頁 圖10.5 YN10.5 YN，d d接線變壓器零序等值電路 1. 接線變壓器dYN,000IImIImx xxxxx（10.910.9）第20頁/共54頁2. 2. 接線變壓器yYN,00mxxx（10.1010.10） 圖10.6 YN10.6 YN，y y接線變壓器零序等值電路

11、 第21頁/共54頁3. 3. ， 接線變壓器YNyn 如果二次側除接地的中性點外，沒有其它接地點，此時零序電抗的計算與 相同。 ,NYyxxxxxxxxIImIImI000)(其中：其中：x為外電路接地電抗。為外電路接地電抗。 如果二次側另外有一個接地點第22頁/共54頁 圖10.7 YN10.7 YN，ynyn接線變壓器零序等值電路 第23頁/共54頁 的數(shù)值主要決定于變壓器的鐵芯結構。0mx 三個單相變壓器組成的三相變壓器，三相四柱式三個單相變壓器組成的三相變壓器，三相四柱式或（五柱式）變壓器以及鐵殼式變壓器或（五柱式）變壓器以及鐵殼式變壓器, ,可以近似可以近似認為：認為：0mx 對于

12、三相三柱式變壓器，磁通路徑磁阻大，零序對于三相三柱式變壓器，磁通路徑磁阻大，零序電抗較小，一般需經試驗方法求得零序勵磁電抗。電抗較小，一般需經試驗方法求得零序勵磁電抗。第24頁/共54頁10.5.2 10.5.2 三繞組變壓器的零序電抗 1. 1. 接線變壓器ydYN ,xxxxIII0 （10.1210.12） 可以忽略其零序勵磁電抗0mx第25頁/共54頁2. 2. 接線變壓器yndYN,ydYN, 如沒有另一接地點，變壓器的零序電抗與如沒有另一接地點，變壓器的零序電抗與 相同相同0()IIIIIIIIIIIx xxxxxxx （10.1310.13） 如如側另有一對地電抗側另有一對地電抗

13、為為x x的接地點，如圖的接地點，如圖10.810.8（b b）所示）所示, ,零序電抗為：零序電抗為：第26頁/共54頁圖10.8 10.8 三繞組變壓器零序等值電路 3. 3. 接線變壓器ddYN ,IIIIIIIIIIIxxxxxx0 （10.1410.14）第27頁/共54頁10.5.3 10.5.3 自耦變壓器的零序電抗 自耦變壓器中兩個有直接電氣聯(lián)系的自耦繞組，一般用來聯(lián)系兩個直接接地系統(tǒng) 兩個自耦繞組共用一個中性點和接地線，如果有第三繞組，一般接成三角形。第28頁/共54頁（1 1） 中性點直接接地的 和 接線自耦變壓器 aYN,daYN,零序電抗的求解與普通的變壓器相同。00(

14、)IIIIIIIIIIIIIIxxxxxxxxxxx第29頁/共54頁 (2) (2) 中性點經電抗接地的中性點經電抗接地的 和和 接線自耦變壓器接線自耦變壓器aYN,daYN,當自耦變壓器的中性點經電抗接地時，兩個繞組的零序電流要影響中性點電位，其值為)(30oIIInnIIxU一、二次側端點與中性點之間一、二次側端點與中性點之間的電壓值為的電壓值為Un、Un，中，中性點對地電壓為性點對地電壓為Un，一、二，一、二次側繞組額定電壓為次側繞組額定電壓為UN、UN，折算到一次側的一、，折算到一次側的一、二次繞組端點對地電壓為二次繞組端點對地電壓為U、U，則，則 U-U= Un-Un UN/UN第

15、30頁/共54頁IIININIInInIIIIUUUUx0)(折算到一次側的等值零序電抗如果中性點經電抗接地，折算到一次側的零序等值電抗為如果中性點經電抗接地，折算到一次側的零序等值電抗為：2)1 (3IININnIIIUUxxIIIx第31頁/共54頁中性點經電抗接地的 自耦變壓器daYN ,星形零序等值電路中折算至一次側的各電抗為：)1 (3)(21IININnIIIIIIIIIIIIIIUUxxxxxx)(3)(212IININIININnIIIIIIIIIIIIIIIIUUUUxxxxxx1()3()2INIIIIIIIIIIIIIIIIIInIINUxxxxxxU（10.1610.1

16、6）第32頁/共54頁xxxxxxxxIIIIIIIIIII)(0從變壓器I I側觀察到的零序等值電抗的有名值為： （10.1710.17）圖10.10 10.10 中性點經電抗接地的自耦變壓器零序等值電路第33頁/共54頁10.6 10.6 架空輸電線的零序阻抗 10.6.1 “導線大地”回路的自阻抗與互阻抗 10.6.2 單回路架空輸電線的零序阻抗 10.6.3 雙回路架空輸電線的零序阻抗 10.6.4 有架空地線時輸電線的零序阻抗 第34頁/共54頁10.6 10.6 架空輸電線的零序阻抗 輸電線的正、負序阻抗及等值電路完全相同。 研究零序阻抗，必須考慮大地（或架空地線）的影響。第35頁

17、/共54頁10.6.1 “導線大地”回路的自阻抗與互阻抗 1. 1. “單導線大地”回路0.050.1445lg()gsaDZRjkmr單導線大地回路單位長度的自阻抗為： 圖10.11 10.11 “單導線大地”回路 第36頁/共54頁2. 2. “雙導線大地”回路 圖10.12 10.12 “雙導線大地”回路 abggmDDjRZlg1445.0（10.1910.19） 雙回路間單位長度的互阻抗為：第37頁/共54頁10.6.2 單回路架空輸電線的零序阻抗 圖10.13 10.13 單回路架空輸電線路 02330.4335lg()gagmDZRRjkmD r零序電抗為：第38頁/共54頁10

18、.6.3 雙回路架空輸電線的零序阻抗 圖10.14 平行雙回線的零序電流通路 兩平行回路間的互阻抗： 經過完全換位后，第二回路對第一回路a a相的互阻抗為：00.150.4335lg()()gZjD DkmD式中，式中， 稱為兩個回路之間的幾何均距。稱為兩個回路之間的幾何均距。兩回路間的距離愈小，回路間的互感抗愈大，使每回輸電線的零序等值電抗愈大。第39頁/共54頁10.6.4 有架空地線時輸電線的零序阻抗 由于架空地線中的零序電流與輸電線的零序電流相反，相當于導線旁邊的一個短路線圈，其互感為去磁作用，減小了輸電線的等值零序阻抗。因此，零序阻抗與架空地線的材質、架空地線與輸電線間的距離有關。對

19、已建成的線路一般都通過實測確定其零序阻抗。圖圖10.15 10.15 有架空地線的單回線路有架空地線的單回線路第40頁/共54頁10.7 電纜線路的零序阻抗電纜線路的零序阻抗可能介于以下兩種情況之間：（1 1）鉛（鋁）包護層各處都有良好的接地，大地和護層中都有零序電流流通。在這種情況下，地中電流達到最大值，而護層中電流達到最小值。護層中電流的去磁作用最小，零序電抗達到最大值。 （2 2）鉛（鋁）包護層在各處都經相當大的阻抗接地，）鉛（鋁）包護層在各處都經相當大的阻抗接地，從而可以認為零序電流只通過護層返回，零序電抗達到從而可以認為零序電流只通過護層返回，零序電抗達到最小值。流過大地的電流最小值

20、。流過大地的電流 。0gI第41頁/共54頁電纜線路的零序阻抗一般也是通過實測確定。在近似計算中可取表10.1給出了工程計算中常用元件的各序電抗，可以在計算中選取。10106 . 45 . 3(10 xxrr），第42頁/共54頁 表10.1 10.1 各類元件的電抗平均值 第43頁/共54頁接上頁第44頁/共54頁10.8 電力系統(tǒng)的序網絡 10.8.1 正序網絡 10.8.2 負序網絡 10.8.3 零序網絡 第45頁/共54頁 利用對稱分量法分析電力系統(tǒng)的各種不對稱故障，首先應該繪出與系統(tǒng)各序阻抗相對應的序網絡，利用序網絡依次求得待求電量的各序分量之后，再進行合成，求得最終結果。 在制定

21、各序網絡時，一般從故障點做起，根據(jù)各序電流的流通路徑，確定各序網絡的結構，由各元件的序阻抗構成一個完整的序網絡。第46頁/共54頁10.8.1 正序網絡首先在短路點f f加入短路點電壓的正序分量1aU正序分量電流流經的元件，用相應的正序阻抗表示，其中發(fā)電機電抗用次暫態(tài)電抗 表示，發(fā)電機的電勢用次暫態(tài)電勢 表示。dx E 中性點阻抗不計入正序網絡。第47頁/共54頁第48頁/共54頁10.8.2 10.8.2 負序網絡 在短路點f f處加入短路點電壓的負序分量 ，各元件的電抗用負序電抗表示。發(fā)電機沒有負序電勢，中性點阻抗不計入負序網絡。2aU第49頁/共54頁10.8.3 零序網絡 在短路點f f處加入短路電壓的零序分量 。 零序電流的流通情況與短路點的位置和變壓器繞組的接線方式及中性點是否接地有關。0aU流經各元件的電抗均用零序電抗表示流經各元件的電抗均用零序電抗表示發(fā)電機無零序電勢發(fā)電機無零序電勢發(fā)電機、電動機均無零序電流流過。發(fā)電機、電動機均無零序電流流過。中性點電抗中性點電抗 有三倍的零序電流通過。有三倍的零序電流通過。在同一電壓等級的網路中，必須要有兩個接地點 才能構成零序電流的通路。