第1章 電力系統(tǒng)故障分析的基本知識

電力系統(tǒng)暫態(tài)分析1第一章電力系統(tǒng)故障分析的基本知識第1節(jié)什么是電力系統(tǒng)故障？（故障概述）第2節(jié)如何使故障計算更簡明？（標(biāo)幺值）第3節(jié)最簡單的故障分析是什么？——（無限大功率電源供電的三相短路分析）2暫態(tài)的概念電力系統(tǒng)：發(fā)電機、變壓器、輸電線路、用電設(shè)備（負(fù)荷）。分為：電力元件和控制元件。3電阻、電抗、電導(dǎo)、輸入阻抗、轉(zhuǎn)移阻抗、變壓器變比、時間常數(shù)、放大倍數(shù)功率、電壓、電流、頻率、電動勢的角位移電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)系統(tǒng)元件參數(shù)系統(tǒng)運行參量直接影響定量確定穩(wěn)態(tài)運行暫態(tài)運行4穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)5暫態(tài)過程的分類機電暫態(tài)過程：轉(zhuǎn)動元件（發(fā)電機和電動機），主要是由于機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩之間的不平衡引起的。重點：電力系統(tǒng)受到各種擾動后的機電暫態(tài)過程——穩(wěn)定分析電磁暫態(tài)過程：非轉(zhuǎn)動元件（變壓器和輸電線），并不涉及角位移、角速度等機械量。重點：交流電力系統(tǒng)中發(fā)生短路故障后的電磁暫態(tài)過程?！收戏治?第1節(jié)什么是電力系統(tǒng)故障？（故障概述）短路：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。三相短路兩相短路單相短路接地兩相短路接地78產(chǎn)生短路的主要原因：電氣設(shè)備載流部分的相間絕緣或相對地絕緣被損壞。（1）架空線路絕緣子受到過電壓閃絡(luò)或者在正常工作條件下發(fā)生污閃；（2）載流部分的絕緣材料在運行中損壞；（3）鳥獸跨接在導(dǎo)線上或者桿塔倒塌發(fā)生短路；（4）操作違規(guī)。短路的危害短路電流增大，熱效應(yīng)和電動力的沖擊。電網(wǎng)電壓降低，破壞供電。發(fā)電機失去同步，破壞系統(tǒng)穩(wěn)定，大面積停電。不平衡磁通，干擾通信，危及設(shè)備和人身。如何減少短路的危害？9將系統(tǒng)與短路部分隔離。發(fā)生短路繼電保護裝置動作重合閘暫時性故障永久性故障10加裝電抗器。

短路電流計算的意義是電氣設(shè)備選擇的依據(jù)；是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃、設(shè)計的依據(jù)（廣東電網(wǎng)、上海電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運行，短路電流太大，不安全，難以選擇斷路器）；是電力系統(tǒng)保護配置的依據(jù)；是電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制措施制定的依據(jù)。課堂花絮——電力系統(tǒng)故障122003年8月14日－美國大停電?美國東部(EDT)時間2003年8月14日16:11開始（北京時間8月15日晨4:11），美國東北部和加拿大東部聯(lián)合電網(wǎng)發(fā)生了大面積停電事故?紐約:

交通癱瘓、公路堵塞、人困在電梯和地隧道里、冒酷熱步行回家?停電影響美國：俄亥俄州、密歇根州、紐約州、馬薩諸塞州、康涅狄克州、新澤西州、賓夕法尼亞州、佛蒙特州（8個州）加拿大：安大略省、魁北克?。?個省）?損失負(fù)荷：6180萬千瓦?5000萬居民失去電力供應(yīng)?恢復(fù)需幾天時間

-8月14日19：30恢復(fù)134萬千瓦

-8月14日23：00恢復(fù)2130萬千瓦

-8月15日11：00恢復(fù)4860萬千瓦?美國切機20多臺（含9臺核電機組）美加共計切機百余臺?美經(jīng)濟學(xué)家估計：美損失：300億美元/天安大略省損失：50億美元2003年8月14日－美國大停電停電前后衛(wèi)星拍到的美國上空照片停電后的曼哈頓16美國電網(wǎng)的運行風(fēng)險！172003年8月28號倫敦大停電地鐵停運25萬人被困地鐵站下午6點，下班高峰，持續(xù)兩個多小時18近年的電力系統(tǒng)停電事故2003年9.23瑞典丹麥大停電2003年9.28意大利全國大停電2003年中國21個省拉閘限電2004年7月12日雅典奧運開幕前一月大停電2005年8月18日印尼大停電，1億多人受災(zāi)2005年5月25日莫斯科大停電2005年9月26日中國海南電網(wǎng)由于臺風(fēng)襲擊全面瓦解2006年11月4日歐洲大停電事故2008年1月25日中國雪災(zāi)導(dǎo)致南方數(shù)省電網(wǎng)崩潰19第2節(jié)如何使故障計算更簡明？（標(biāo)幺制）20有名制標(biāo)幺制21電力系統(tǒng)計算時，注意基準(zhǔn)值要求統(tǒng)一！??！

標(biāo)幺值（相對值）有名值（有單位的物理量）基準(zhǔn)值（與有名值同單位的物理量）一、標(biāo)幺制的定義22計算時，使用四個物理量的基準(zhǔn)值：電壓、電流、電抗、功率，可以任選兩個，一般先選定電壓和功率的基準(zhǔn)值，則電流和阻抗的基準(zhǔn)值分別為：二．基準(zhǔn)值的選取基準(zhǔn)值的選取有一定的隨意性，在電路中，物理量Ｕ，Ｉ，Ｓ，Ｚ間有基本關(guān)系：單相

三相單相三相

四個量中去任意兩個為基準(zhǔn)值，一般選定電壓和功率的基準(zhǔn)值。

可得標(biāo)幺值表示

單相三相基準(zhǔn)值改變時需要換算標(biāo)幺值——電抗下標(biāo)B表示統(tǒng)一基準(zhǔn)值及其對應(yīng)的標(biāo)幺值下標(biāo)N表示設(shè)備額定值及其對應(yīng)的標(biāo)幺值25電氣設(shè)備如發(fā)電機、變壓器、電抗器的阻抗參數(shù)均是以其本身額定值為基準(zhǔn)值的標(biāo)幺值或百分值給出的；而在進行電力系統(tǒng)計算時，必須統(tǒng)一基準(zhǔn)值，即要求將原來的以本身額定值為基準(zhǔn)值的阻抗標(biāo)幺值換算到統(tǒng)一的基準(zhǔn)值。發(fā)電機：一般給出其額定電壓、額定功率以及以額定值為基準(zhǔn)值的電抗標(biāo)幺值。26變壓器：一般給出其額定電壓、額定功率以及短路電壓百分?jǐn)?shù)等。短路電壓百分?jǐn)?shù)和電抗標(biāo)幺值的關(guān)系為：轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一基準(zhǔn)值的電抗標(biāo)幺值為：2728電抗器：一般給出其額定電壓、額定電流和電抗百分?jǐn)?shù)等。29例：如圖所示一簡單電力系統(tǒng)，由發(fā)電機G經(jīng)電力線路L供電給負(fù)荷D。已知發(fā)電機的額定容量SGN=25MVA，端電壓UG=10.5kV，電力線路L的阻抗為ZL=0.05+j0.2Ω，負(fù)載阻抗為

ZD=3.6+j2.3Ω。試用有名值和標(biāo)幺制兩種方法計算負(fù)荷的端電壓UD和發(fā)電機的輸出功率SG。30解：取UG為參考相量方法一：用有名制計算得31方法二：用標(biāo)幺制計算得（1）選取基準(zhǔn)值SB=25MVA，UB=10.5kV（2）化為標(biāo)幺值32（3）計算33（4）還原變壓器聯(lián)系的不同電壓等級電網(wǎng)中各元件參數(shù)標(biāo)幺值的計算用有名值計算時，把不同電壓等級中各個元件的參數(shù)（如電抗）歸算到一個電壓等級，然后按一般電路計算，最后將計算結(jié)果再折算回到各段，即得各段的有名值；用標(biāo)幺值計算時，先把各元件參數(shù)的有名值歸算到同一個電壓等級后，選定統(tǒng)一的基準(zhǔn)值求各元件參數(shù)的標(biāo)幺值。3435（一）準(zhǔn)確計算法原則用實際變比適用范圍潮流計算（二）近似計算法原則用平均額定電壓比適用范圍故障分析電網(wǎng)額定電壓3

61035110220330500平均額定電壓3.156.310.537115230345525例題2計算圖示輸電系統(tǒng)的等值電路的參數(shù)標(biāo)幺值

ⅡⅠⅢ（a）接線圖36解：（１）準(zhǔn)確計算法選第Ⅱ為基本段，并取UB2=121kV，SB=100MVA，則電壓電流基準(zhǔn)值分別為：37各元件的電抗標(biāo)幺值分別求得如下：發(fā)電機變壓器T1輸電線路變壓器T2電抗器電纜線路電源電勢38（2）近似計算法仍取SB=100MVA，各段電壓電流基準(zhǔn)值分別為：39各元件電抗標(biāo)幺值求得如下：發(fā)電機變壓器T1

輸電線路變壓器T2電抗器電纜線路電源電動勢第三節(jié)無限大功率電源供電的三相短路電流分析41無限大功率電源：電源電壓幅值和頻率均為恒定電源功率無限大時，外電路發(fā)生短路引起的功率改變對電源可認(rèn)為無影響，因此電源的電壓和頻率（同步電機的轉(zhuǎn)速）保持恒定。無限大功率電源可看作是由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。實際應(yīng)用中如果供電電源的內(nèi)阻抗小于短路回路總阻抗的10%，則可認(rèn)為供