第六章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識

第六章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三目錄第一節(jié)故障概述第二節(jié)標么制第三節(jié)無限大功率電源供電的三相短路電流分析第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)故障概述故障一般指短路故障所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地(或中性線)之間的連接。在正常運行時，除中性點外，相與相或相與地之間短路的基本類型第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三產(chǎn)生短路的主要原因是電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被損壞。如：例如架空輸電線的絕緣子，電氣設(shè)備載流部分的絕緣材料在運行中損壞，運行人員在線路檢修后末拆除地線就加電壓等誤操作也會引起短路故障

電力系統(tǒng)的短路故障大多數(shù)發(fā)生在架空線路部分短路對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設(shè)備有很大的危害：1、短路電流值大大增加，短路點的電弧有可能燒壞電氣設(shè)備，短路電流通過電氣設(shè)備中的導(dǎo)體時，其熱效應(yīng)會引起導(dǎo)體或其絕緣的損壞。2、導(dǎo)體也會受到很大的電動力的沖擊，致使導(dǎo)體變形，甚至損壞。3、短路還會引起電網(wǎng)中電壓降低，特別是靠近短路點處的電壓下降得最多，結(jié)果可能使部分用戶的供電受到破壞。第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三4、破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定，引起大片地區(qū)停電5、不對稱接地短路所引起的不平衡電流產(chǎn)生不平衡磁通為了減少短路對電力系統(tǒng)的危害，可以采取限制短路電流的措施：如加電抗器。短路問題是電力技術(shù)方面的基本問題之一。掌握短路發(fā)生以后的物理過程以及計算短路時各種運行參量(電流、電壓等)的計算方法是非常必要的橫向故障與縱向故障簡單故障與復(fù)雜故障第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)標么制一、標么值二、基準值的選取第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三三、基準值改變時標幺值的換算進行電力系統(tǒng)計算時，必須取統(tǒng)一的基準值若電抗X對應(yīng)不同的基準值的標么值分別為：第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三四、變壓器聯(lián)系的不同電壓等級電網(wǎng)中各元件參數(shù)標么值的計算用標么值計算時，也就是在各元件參數(shù)的有名值歸算到同一個電壓等級后，在此基礎(chǔ)上選定統(tǒng)一的基準值求各元件參數(shù)的標么值的。下面分別介紹準確計算法和一種近似計算法。短路電流計算一般采用近似計算法。第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三(一)準確計算法假設(shè)在圖1—2中己選定第1段作為基本段，其它各段的參數(shù)均向這一段歸算，然后選擇功率基準值相電壓基淮值分別為SB和UB。各元件的電抗標么值計算如下。第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三(二)近似計算法上面介紹的準確計算法是按變壓器實際變比計算的。在近似汁算中可不按實際變比，而假定變壓器的變比為各電壓等級的額定電壓的平均值之比，各段的電壓基準值就是各自的平均額定電壓值，則發(fā)電機、變壓器的電抗標么值就不需按電壓歸算了第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)無限大功率電源供電的三相短路電流分析本節(jié)將分析圖l—4所不的簡單三相電路中發(fā)生突然對稱短路的暫態(tài)過程。在此電路中假設(shè)電源電壓幅值和頻率均為恒定。這種電源稱為無限大功率電源。這個名稱從概念上是不難理解的：（1）電源功華為無限大時，外電路發(fā)生短路(—種擾動)引起的功率改變對于電源來說是微不足道的，因而電源的電壓和頻率(對應(yīng)于同步電機的轉(zhuǎn)速)保持恒定；（2)無限大功率電源可以看作是由無限多個有限功率電源并聯(lián)而成，因而其內(nèi)阻抗為零，電源電壓保持恒定。第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三往往是以供電電源的內(nèi)阻抗于[短路回路總阻抗的相對大小來判斷電源能否作為無限大功率電源。若供電

電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗曲10%時，則可認為供電電源為無限大功率電源。一、暫態(tài)過程分析對于圖1—4所不的三相電路，短路發(fā)生前，電路處于穩(wěn)態(tài),其a相的電流表達式為：第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三當在f點突然發(fā)生三相短路時,其a相的電流表達式：短路暫態(tài)過程的分析與計算就是針對左邊回路的。假定短路住t＝0s時發(fā)生，由于電路仍為對稱．可以只研究其中的一相．例如a相電流的瞬時值應(yīng)滿足如下微分方程：第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三討論：1、由上可見。短路至穩(wěn)態(tài)時，三相中的穩(wěn)態(tài)短路電流為三個幅值相等、相角相差1200的交流電流，其幅值大小取決于電源電壓幅值和短路回路的總阻抗。從短路發(fā)生至穩(wěn)態(tài)之間的暫態(tài)過程中，每相電流還包含有逐漸衰減的直流電流，它們出現(xiàn)的物理原因是電感中電流在突然短路瞬時的前后不能突變；很明顯。三相的直流電流是不相等的。第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三三相短路電流波形由于有了直流分量，短路電流曲線便不與時間軸對稱，而直流分量曲線本身就是短路電流曲線的對稱軸。因此，當已知—短路電流曲線時，可以應(yīng)用這個性質(zhì)把直流分量從短路電流曲線中分離出來，即將短路電流曲線的兩根包絡(luò)線間的垂直線等分第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三3、直流分量起始值越大．短路電流瞬時值越大。第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三4、三相中直流電流起始值不可能同時最大或同時為零在任意—個初相角下?？傆幸幌?圖l-7中為a相、的直流電流起始值較大、而有一相較小(圖中為b相)。由于短路瞬時是任意的．因此必須考慮有一相(例如a相)的直流分量起始值為最大值。根據(jù)前面的分析可以得出這樣的結(jié)論：當短路發(fā)生任電感電路中、短路前為空載的情況下直流分組電流最大，若初始相角滿足α-φ=900，則一相(a相)短路電流的直流分量起始值的絕對值達到最大值．即等于穩(wěn)態(tài)短路電流的幅值。第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三二、短路沖擊電流和最大有效值電流

(一)短路沖擊電