華北電力大學 電力系統(tǒng)分析基礎 課件 第八章 電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算1

1、電力系統(tǒng)分析基礎電力系統(tǒng)分析基礎Power System Analysis Basis（八）（八） 栗然第八章第八章電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算電力系統(tǒng)簡單不對稱故障的分析計算對稱分量法對稱分量法對稱分量法在不對稱故障分析計算中的應用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簡單不對稱故障的分析計算1 1、什么是對稱分量法？、什么是對稱分量法？2 2、為什么要引入對稱分量法？、為什么要引入對稱分量法？分析過程是什么？分析過程是什么？1 1、各元件的序參數(shù)是怎樣的？、各元件的序參數(shù)是怎樣的？2 2、如何繪制電

2、力系統(tǒng)的序網圖？、如何繪制電力系統(tǒng)的序網圖？如何利用對稱分量法對如何利用對稱分量法對簡單不對稱故障進行分簡單不對稱故障進行分析與計算？析與計算？8.1 8.1 對稱分量法對稱分量法一、對稱分量法一、對稱分量法對稱分量法是將一組三相不對稱的電壓或電流相量分解為三組分別對稱的相量，分別稱為正序分量、負序分量和零序分量，再利用線性電路的疊加原理，對這三組對稱分量分別按對稱的三相電路進行求解，然后再將其結果進行疊加。二二.對稱分量法的應用對稱分量法的應用圖82 零序電流以中性線作通路 三角形接線 該線路每相的自感阻抗為該線路每相的自感阻抗為 Zs，相間的互感阻抗為，相間的互感阻抗為 Zm 當元件參數(shù)完

3、全對稱時當元件參數(shù)完全對稱時 Zaa = Zbb= Zcc = Zs Zab = Zbc= Zac = Zm三、三相對稱元件序分量的獨立性三、三相對稱元件序分量的獨立性 0210000002000000ZZZZZZZZZZmsmsmssc120120IZVsc000222111aaaaaaIZVIZVIZV結論：在結論：在三相參數(shù)對稱的線性電路三相參數(shù)對稱的線性電路中，各序對稱分量具有獨中，各序對稱分量具有獨立性，因此，可以對正序、負序、零序分量分別進行計算。立性，因此，可以對正序、負序、零序分量分別進行計算。序阻抗的概念序阻抗的概念 序阻抗：元件三相參數(shù)對稱時，元件兩端某一序的電壓降序阻抗：

4、元件三相參數(shù)對稱時，元件兩端某一序的電壓降與通過該元件的同一序電流的比值。與通過該元件的同一序電流的比值。000222111/aaaaaaIVZIVZIVZ正序阻抗正序阻抗負序阻抗負序阻抗零序阻抗零序阻抗8.2 8.2 電力系統(tǒng)元件的序參數(shù)和等值電路電力系統(tǒng)元件的序參數(shù)和等值電路 靜止元件靜止元件：正序阻抗等于負序阻抗，不等于零序：正序阻抗等于負序阻抗，不等于零序阻抗。如：變壓器、輸電線路等。阻抗。如：變壓器、輸電線路等。 旋轉元件旋轉元件：各序阻抗均不相同。如：發(fā)電機、電：各序阻抗均不相同。如：發(fā)電機、電動機等元件。動機等元件。一、同步發(fā)電機的負序和零序電抗一、同步發(fā)電機的負序和零序電抗1

5、同步發(fā)電機的負序電抗同步發(fā)電機的負序電抗 負序旋轉磁場與轉子旋轉負序旋轉磁場與轉子旋轉方向相反，因而在不同的方向相反，因而在不同的位置會遇到不同的磁阻位置會遇到不同的磁阻（因轉子不是任意對稱（因轉子不是任意對稱的），負序電抗會發(fā)生周的），負序電抗會發(fā)生周期性變化。期性變化。 有阻尼繞組發(fā)電機有阻尼繞組發(fā)電機 無阻尼繞組發(fā)電機無阻尼繞組發(fā)電機qdXX qdXX 1 1 同步發(fā)電機的負序電抗同步發(fā)電機的負序電抗 實用計算中發(fā)電機負序電抗計算實用計算中發(fā)電機負序電抗計算 有阻尼繞組有阻尼繞組 無阻尼繞組無阻尼繞組 發(fā)電機負序電抗近似估算值發(fā)電機負序電抗近似估算值有阻尼繞組有阻尼繞組 無阻尼繞組無阻尼

6、繞組 無確切數(shù)值，可取典型值無確切數(shù)值，可取典型值 )(212qdXXX qdXXX2dXX 22. 12dXX 45. 12電機類型電抗水輪發(fā)電機汽輪發(fā)電機調相機和大型同步電動機有阻尼繞組無阻尼繞組0.150.350.320.550.1340.180.240.040.1250.040.1250.0360.080.080X2X2.2.同步發(fā)電機的零序電抗同步發(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。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（繞組結同步發(fā)電機零序電抗

7、在數(shù)值上相差很大（繞組結構形式不同）：構形式不同）： 零序電抗零序電抗典型值典型值dXX )6 . 015. 0(0二、異步電動機和綜合負荷的序阻抗二、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：異步電機和綜合負荷的正序阻抗： Z1=0.8+j0.6或或X1=1.2； 異步電機負序阻抗：異步電機負序阻抗：X2=0.2； 綜合負荷負序阻抗：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：異步電機和綜合負荷的零序電抗：X0=。三、變壓器的零序電抗及其等值電路三、變壓器的零序電抗及其等值電路穩(wěn)態(tài)運行時變壓器的等值電抗（雙繞組變壓器即穩(wěn)態(tài)運行時變壓器的等值電抗（雙繞組

8、變壓器即為兩個繞組漏抗之和）就是它的正序或負序電抗。為兩個繞組漏抗之和）就是它的正序或負序電抗。變壓器的零序電抗和正序、負序電抗不同。當在變壓器的零序電抗和正序、負序電抗不同。當在變壓器端點施加零序電壓時，其繞組中有無零序變壓器端點施加零序電壓時，其繞組中有無零序電流，以及零序電流的大小與變壓器電流，以及零序電流的大小與變壓器三繞組的接三繞組的接線方式線方式和和變壓器的結構變壓器的結構密切相關。密切相關。 正序的激磁電抗都很大。這是由于正序激磁磁通正序的激磁電抗都很大。這是由于正序激磁磁通均在鐵芯內部，磁阻較小。零序的激磁電抗與變均在鐵芯內部，磁阻較小。零序的激磁電抗與變壓器的結構有很大關系。

9、壓器的結構有很大關系。(1)由三個單相變壓器組成的三相變壓器，各相磁路由三個單相變壓器組成的三相變壓器，各相磁路獨立，正序和零序磁通都按相在本身的鐵芯中形獨立，正序和零序磁通都按相在本身的鐵芯中形成回路，因而各序激磁電抗相等，而且數(shù)值很大，成回路，因而各序激磁電抗相等，而且數(shù)值很大，近似認為激磁電抗為無限大。近似認為激磁電抗為無限大。(2)對于三相五柱式和殼式變壓器，零序磁通可以通對于三相五柱式和殼式變壓器，零序磁通可以通過沒有繞組的鐵芯部分形成回路，零序激磁電抗過沒有繞組的鐵芯部分形成回路，零序激磁電抗也相當大，也可近似認為無限大。也相當大，也可近似認為無限大。(3)三相三柱式變壓器的零序激

10、磁電抗較小，其值可三相三柱式變壓器的零序激磁電抗較小，其值可用試驗方法求得，它的標幺值一般很少超過用試驗方法求得，它的標幺值一般很少超過1.0。單相變壓器組單相變壓器組圖圖87三相三柱式變壓器三相三柱式變壓器零序勵磁電抗比正序勵磁電抗小得多：零序勵磁電抗比正序勵磁電抗小得多：X Xm0m0=0.3=0.3 1.01.0圖圖88 中性點經阻抗接地的中性點經阻抗接地的變壓器及其等值電路變壓器及其等值電路圖圖89三繞組變壓器零序等值電路三繞組變壓器零序等值電路變壓器繞組接法變壓器繞組接法開關位置開關位置繞組端點與外電路的連接繞組端點與外電路的連接Y Y1 1與外電路斷開與外電路斷開Y Y0 02 2

11、與外電路接通與外電路接通3 3與外電路斷開，但與勵磁支路并聯(lián)與外電路斷開，但與勵磁支路并聯(lián)變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接變壓器零序等值電路與外電路的聯(lián)接 4.4.自耦變壓器的零序阻抗及其等值電路自耦變壓器的零序阻抗及其等值電路 中性點直接接地的自耦變壓器中性點直接接地的自耦變壓器中性點經電抗接地的自耦變壓器中性點經電抗接地的自耦變壓器12IIIIII1212IIII12II3) 1(3)1 (3kXXXkkXXXkXXXnnn四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 零序電流必須借助大地及架空地線構成通路零序電流必須借助大地及架空地線構成通路四、架空線路的零序阻抗

12、及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 零序阻抗比正序阻抗大零序阻抗比正序阻抗大（1）回路中包含了大地電阻）回路中包含了大地電阻（2）自感磁通和互感磁通是助增的）自感磁通和互感磁通是助增的四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 平行架設雙回線零序等值電路平行架設雙回線零序等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路 有架空地線的情況：零序阻抗有所減小。有架空地線的情況：零序阻抗有所減小。四、架空線路的零序阻抗及其等值電路四、架空線路的零序阻抗及其等值電路實用計算中一相等值零序電抗實用計算中一相等值零序電抗1010101010

13、1037 . 45 . 5235 . 3xxxxxxxxxxxx無架空地線的單回線路無架空地線的單回線路有鋼質架空地線的雙回線路有鋼質架空地線的雙回線路有鋼質架空地線的單回線路有鋼質架空地線的單回線路有良導體架空地線的單回線路有良導體架空地線的單回線路無架空地線的雙回線路無架空地線的雙回線路有良導體架空地線的雙回線路有良導體架空地線的雙回線路五、電力系統(tǒng)各序網絡五、電力系統(tǒng)各序網絡等值電路的繪制原則等值電路的繪制原則 根據電力系統(tǒng)的原始資料，在故障點分別根據電力系統(tǒng)的原始資料，在故障點分別施加各序電勢，從故障點開始，查明各序施加各序電勢，從故障點開始，查明各序電流的流通情況，凡是某序電流能流通

14、的電流的流通情況，凡是某序電流能流通的元件，必須包含在該序網絡中，并用相應元件，必須包含在該序網絡中，并用相應的序參數(shù)及等值電路表示。的序參數(shù)及等值電路表示。正序網絡正序網絡負序網絡負序網絡正序網絡正序網絡零序網絡：零序網絡：必須首先確定零序電流的流通路徑。必須首先確定零序電流的流通路徑。0aV 零序網絡零序網絡例例8-18-10aV8.3 8.3 簡單不對稱短路的分析計算簡單不對稱短路的分析計算 當網絡元件只用電抗表示時，不對稱短路的當網絡元件只用電抗表示時，不對稱短路的序網絡方程序網絡方程00022211100aaaaaaVZIVZIVZIE000222111aaaaaaVIjXVIjXV

15、IjXE該方程組有三個方程，但有六個該方程組有三個方程，但有六個未知數(shù)，必須根據邊界條件列出未知數(shù)，必須根據邊界條件列出另外三個方程才能求解。另外三個方程才能求解。一、單相接地短路一、單相接地短路000cbaIIV00002210212021aaaaaaaaaIIaIaIIaIaVVV0210210aaaaaaIIIVVV000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE)(0211XXXjEIa100122102111102)(aaaaaaaaaaIjXVIjXVIXXjIjXEVIII0210210aaaaaaIIIVVV 000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE單相

16、接地故障的復合序網單相接地故障的復合序網)(0211XXXjEIa100122102111102)(aaaaaaaaaaIjXVIjXVIXXjIjXEVIII單相接地的短路電流和短路點非故障相電壓單相接地的短路電流和短路點非故障相電壓1021)1(3aaaaafIIIIII 10020221100202123)2(23 3)2(23 aaaacaaaabIXjXXVVaVaVIXjXXVVaVaV 100122102111021102)()(aaaaaaaaaaIjXVIjXVIXXjIjXEVXXXjEIII1aI000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE二、兩相短路二、兩相

17、短路cbcbaVVIII00022102120221021202100aaaaaaaaaaaaaaaVVaVaVVaVaIIaIaIIaIaIII2121000aaaaaVVIII)(211XXjEIa 000122221012aaaaaaaaVIjXIjXVVIII2121000aaaaaVVIII000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE兩相短路的復合序網兩相短路的復合序網)(211XXjEIa 000122221012aaaaaaaaVIjXIjXVVIII兩相短路的短路電流兩相短路的短路電流1112021233)(abcaaaaabIjIIIjIaaIIaIaI1)2(3

18、acbfIIII)(211XXjEIa12222112aaaaaaIjXIjXVVII兩相短路的電壓兩相短路的電壓aabcaaaaabaaaaaaVVVVVVVVaVaVIXjVVVVV212122110212121021)(211XXjEIa12222112aaaaaaIjXIjXVVII1aI三、兩相短路接地三、兩相短路接地000cbaIIV000cbaVVI0210210aaaaaaVVVIII000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE)/(0211XXXjEIa102020211022010202aaaaaaaaIXXXXjVVVIXXXIIXXXI0210210aaaa

19、aaIIIVVV兩相短路接地序網圖兩相短路接地序網圖0210210aaaaaaVVVIII000222111aaaaaaVIjXVIjXVIjXE兩相短路接地故障相電流兩相短路接地故障相電流10202210202202211020221020220212)(2)2(33)(2)2(33aaaaacaaaaabIXXXXjX IXXXaXaIIaIaIIXXXXjX IXXaXXaIIaIaI120202)1 , 1()(13acbfIXXXXIII10202133aaaIXXXXjVV兩兩相相短短路路接接地地相相量量圖圖)/(0211XXXjEIa102020211022010202aaaaa

20、aaaIXXXXjVVVIXXXIIXXXI1aI 四、正序等效定則四、正序等效定則正序分量的計算正序分量的計算)(0211XXXjEIa)(211XXjEIa)/(0211XXXjEIa)()(11naXXjEI 四、正序等效定則四、正序等效定則短路電流的計算短路電流的計算1)1(3afII1)2(3acbfIIII120202)1 , 1()(13acbfIXXXXIII)(1)()(nannfImI附加電抗和比例系數(shù)附加電抗和比例系數(shù)短路類型短路類型f f(n(n) )三相短路三相短路f f(3)(3)0 01 1兩相短路接地兩相短路接地f f(1,1)(1,1)兩相短路兩相短路f f(

21、2)(2)X X22單相接地短路單相接地短路f f(1)(1)X X22+ + X X003 3例例8-2 8-38-2 8-33)(nX)(nm0202XXXX20202)(13XXXX8.4 8.4 不對稱短路時網絡中電流電壓的計算不對稱短路時網絡中電流電壓的計算 電力系統(tǒng)設計運行中，除需要知道電力系統(tǒng)設計運行中，除需要知道故障點故障點的短路的短路電流和電壓外，有時還需要知道電流和電壓外，有時還需要知道網絡網絡中某些中某些支路支路電流和電流和節(jié)點節(jié)點電壓。電壓。 基本思路：基本思路：先求出電流電壓的各序分量在網絡中先求出電流電壓的各序分量在網絡中的分布，然后將相應的各序分量進行合成求得各的

22、分布，然后將相應的各序分量進行合成求得各相電流和相電壓。相電流和相電壓。一、對稱分量經變壓器后的相位變化一、對稱分量經變壓器后的相位變化1.Y1.YY Y1212連接的變壓器連接的變壓器：不發(fā)生相位移動。：不發(fā)生相位移動。2.Y2.Y1111連接的變壓器連接的變壓器: :移相移相30300 02.Y2.Y1111連接的變壓器連接的變壓器2.Y2.Y1111連接的變壓器連接的變壓器0030223011jAajAaeVVeVV0030223011jAajAaeIIeII)()()(212302230122121302301221222130230121000000AAjAjAaacAAjAjAaabAAjAjAaaaIaIajeIaeIaIaIaIIIjeIaeIaIaIaIIaIajeIeIIII二、網絡中電流電壓二、網絡中電流電壓的分布計算的分布計算1.1.電流分布計算電流分布計算常用電流分布系數(shù)法。常用電流分布系數(shù)法。2.2.電壓分布的計算：電壓分布的計算：000022221111IjXVVIjXVVIjXVVfhfhfh例例8-48-48.5 8.5 非全相斷線的分析計算非全相斷線的分析計算 非全相斷線非全相斷線 橫向故